Un sistema de desalinización solar que podría producir agua dulce más barata que el agua de la llave
(news.mit.edu)- Investigadores del MIT y de China buscan convertir agua de mar en agua potable con un dispositivo pasivo de desalinización impulsado por energía solar, evitando la obstrucción por sal que se repetía en diseños anteriores
- El nuevo dispositivo genera dentro de un equipo pequeño un flujo en remolino similar a la circulación termohalina del océano, y obtiene agua dulce evaporando y condensando el agua con calor solar
- La sal restante no se acumula en el interior, sino que sigue circulando hasta salir, y el sistema tiene una tasa de producción de agua y una tasa de eliminación de sal superiores a otros conceptos de desalinización solar pasiva en prueba
- Si se escala al tamaño de una maleta pequeña, se estima que podría producir unos 4 a 6 litros de agua potable por hora y operar durante años sin piezas de repuesto
- Al ser un sistema totalmente pasivo que no usa electricidad, podría apuntar a la demanda diaria de agua potable de zonas costeras fuera de la red eléctrica o de hogares pequeños
Un dispositivo pasivo de desalinización que funciona solo con energía solar
- Investigadores del MIT y de China desarrollaron un dispositivo totalmente pasivo que convierte agua de mar en agua potable
- El dispositivo calienta agua salada con luz solar natural, evapora el agua y luego condensa el vapor para recolectar agua apta para beber
- Los resultados de la investigación se publicaron en el artículo de Joule Extreme salt-resisting multistage solar distillation with thermohaline convection
- Se estima que, si el sistema se escala al tamaño de una maleta pequeña, podría producir unos 4 a 6 litros de agua potable por hora
- Con ese tamaño y rendimiento, el agua producida con energía solar podría llegar a ser más barata que el agua de la llave
Circulación termohalina implementada dentro de una caja pequeña
- El nuevo sistema se inspira en la circulación termohalina del océano
- En el océano, las diferencias de temperatura y salinidad cambian la densidad del agua, y esa diferencia genera flujos de agua a escala global
- Cuando el agua de mar queda expuesta al aire, la luz solar evapora el agua, y la sal restante aumenta la salinidad, haciendo que el agua más pesada fluya hacia abajo
- Los investigadores imitaron este fenómeno dentro de un dispositivo pequeño para usarlo en la expulsión de sal
- El calor solar y la inclinación del dispositivo generan un flujo en remolino en el agua, y ese flujo hace que el agua llegue a la capa de evaporación mientras la sal no se sedimenta y sigue circulando
Límites del diseño anterior y mejoras de esta versión
- El diseño anterior de los investigadores usaba evaporadores y condensadores compuestos por varias etapas
- El diseño probado en la azotea de un edificio del MIT usaba la energía solar de forma eficiente para evaporar el agua
- Sin embargo, la sal restante se acumulaba en cristales en cuestión de días y bloqueaba el sistema
- En un entorno real, los usuarios tendrían que reemplazar etapas con frecuencia, lo que podía aumentar mucho el costo total
- Un diseño posterior agregó una función para hacer circular el agua y la sal restante, evitando la precipitación de sal
- Sin embargo, la velocidad de desalinización del agua era relativamente baja
- El diseño más reciente combina ambos enfoques
- Mantiene la estructura de evaporadores y condensadores de varias etapas
- Refuerza la circulación de agua y sal dentro de cada etapa
- Busca lograr al mismo tiempo una alta tasa de producción de agua y una alta tasa de eliminación de sal
Estructura del dispositivo y funcionamiento
- La unidad clave es una etapa única con forma de caja delgada
- En la parte superior se coloca un material oscuro que absorbe eficientemente el calor solar
- El interior se divide en una zona superior y una inferior
- La capa de evaporación de la zona superior calienta y evapora con calor solar el agua que entra en contacto directo con ella
- La capa de condensación de la zona inferior condensa el vapor mediante enfriamiento por aire y lo convierte en agua potable sin sal
- Los investigadores colocaron toda la caja inclinada dentro de un recipiente grande vacío, añadieron un tubo que va desde la parte superior de la caja hacia la parte inferior del recipiente, y luego hicieron flotar el recipiente sobre agua salada
- En esta configuración, el agua sube naturalmente por el tubo hasta el interior de la caja, y la inclinación combinada con el calor solar genera pequeños remolinos en el interior
Resultados de las pruebas y estimación de costos
- Los investigadores construyeron prototipos de 1, 3 y 10 etapas, y probaron su rendimiento con agua de distintas salinidades
- Entre las muestras probadas se incluyeron agua de mar natural y agua 7 veces más salada que el agua de mar
- A partir de los resultados, calcularon que, si cada etapa se ampliara a 1 metro cuadrado, podría producir hasta 5 litros de agua potable por hora
- Se calculó que el sistema podría desalinizar agua durante años sin acumular sal
- Como es un sistema totalmente pasivo que no usa electricidad y tiene una larga vida útil, se estima que podría operar con costos inferiores a los de producir agua de la llave en Estados Unidos
Posibles aplicaciones y evaluación externa
- Un dispositivo ampliado podría producir de forma pasiva una cantidad de agua potable suficiente para cubrir las necesidades diarias de una familia pequeña
- Podría usarse como fuente de agua en zonas costeras fuera de la red eléctrica con fácil acceso al agua de mar
- Guihua Yu, de la University of Texas at Austin, evaluó que este enfoque mitiga uno de los principales desafíos de la desalinización y resulta especialmente ventajoso para regiones con problemas de agua de alta salinidad
- El diseño modular es adecuado para la producción de agua en el hogar, y podría ofrecer escalabilidad y adaptabilidad según las necesidades individuales
1 comentarios
Opiniones en Hacker News
No quiero desmerecer esta innovación en sí, pero tengo entendido que uno de los grandes desafíos que aún quedan en la desalinización suele ser qué hacer con el efluente, que normalmente es salmuera de alta salinidad.
Si se devuelve al mar, puede alterar los ecosistemas locales. También hay un artículo relacionado de Scientific American: https://www.scientificamerican.com/article/slaking-the-world...
“El exceso de sal reduce el oxígeno disuelto en el agua y asfixia a los animales del fondo marino”; “además de dañar la vida marina, la salinidad extrema también hace que desalinizar el agua sea más difícil y costoso”.
No necesariamente lo llamaría un problema sin resolver. Construir un estacionamiento podría alterar más el ecosistema.
Por ejemplo, la costa de California debería ser un lugar sin escasez de agua: tiene abundante energía solar y eólica limpia, y acceso a todo el Pacífico para desalinizar; además, a pocas millas de la costa, la profundidad aumenta rápidamente. Allí sería difícil cambiar la salinidad del agua de mar de forma medible, incluso si quisieras.
Así que la solución son tuberías y bombas. Aumenta el costo, pero por lo demás es un problema totalmente solucionable. Agotar fuentes naturales como el agua subterránea y los acuíferos también tiene un gran impacto. Una desalinización bien hecha incluso podría darles a algunos ecosistemas bajo estrés la oportunidad de recuperarse.
Aunque el agua producida por este proceso sea más parecida al agua destilada, sin los minerales necesarios para beberla, si es lo suficientemente barata y escalable, India, los países árabes y los países del norte de África podrían inyectar esa agua limpia bajo tierra para mezclarla con la poca agua dulce que aún queda en sus territorios.
Si se arma un sistema con capacidad para producir 100 millones de litros al día y se bombea al subsuelo tierra adentro, podría recargar lo suficiente el nivel freático mientras la Tierra agrega por su cuenta los minerales necesarios.
Con este tipo de agua también se podrían plantar árboles en lugares donde originalmente habría sido imposible.
¿Podría la desalinización pasiva ser una forma de impulsar ecosistemas locales en ambientes secos hasta un nivel autosostenible?
La expresión “más barata que el agua del grifo” me confunde. Crecí en una isla que usaba desalinización, y esa era precisamente nuestra agua del grifo.
El primer título puede ser carnada para clics. También quiero mejor clickbait, pero además quiero saber qué demonios está pasando. “¡Produce agua potable gratis e ilimitada!” => “Elimina residuos de sal en un destilador solar”.
¿Por qué cada 3 o 4 años aparece en las noticias un invento de desalinización nuevo y más barato?
La mayoría de los países han empezado a enfrentar problemas fuertes de presión hídrica. Más aún ahora que las estaciones ya no siguen exactamente los patrones de antes. Una sequía repentina puede paralizar casi todo el suministro de agua, y el bombeo excesivo de aguas subterráneas hunde el terreno. Basta ver los problemas de socavones aleatorios en China por la subsidencia del suelo.
La desalinización moderna de agua es relativamente nueva, así que todavía tiene mucho margen de crecimiento tecnológico. También es atractiva desde el punto de vista de patentes para sistemas mejores, y siempre existe un mercado.
Nestle Strawman Inc. acaba de comprar esa patente. Ojalá floreciera el desarrollo tecnológico en más países que permitan la infracción de propiedad intelectual.
¿Lavar la sal acumulada? La sal marina se vende a unos 3 dólares la libra.
Esa demanda es bastante limitada. ¿Cuánta más sal usarías si pudieras comprarla a 1,50 dólares la libra?
En cambio, lo que produce este dispositivo es “agua de mar concentrada”. Todo lo que había originalmente en el agua de mar —algas, excremento de peces, contaminación por plásticos, etc.— sigue ahí.
Si vemos esto como una “caja negra”, la fuente de calor, el sol, termina calentando toda el agua. Si el 10% del agua se evapora y se condensa en el área de almacenamiento, el resto se vuelve más salada en apenas 0,35% sobre la salinidad original de 3,5%, y conserva el calor.
Si se descarga ese 10% y se reemplaza con agua de mar fría con 3,5% de salinidad, pero la descarga pasa por un intercambiador de calor a contracorriente, se conserva el calor almacenado y ese 0,35% adicional de sal se convierte en un efluente menor que se dispersará.
El mayor problema es que las algas y la vida marina flotante pronto proliferarán y taparán todas las superficies. Cualquiera que haya tenido acuarios de agua salada o dulce sabe que eso se vuelve un problema. Este sistema funcionará hasta que aparezca el problema de las algas, e incluso antes de considerar las larvas de almejas, mejillones y percebes comunes en el agua de mar.
¿Alguien sabe dónde se puede encontrar el artículo original o el diseño?
Creo que es este paper: https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(23)00360-4
Primero voy a buscar si patentaron este sistema. No puedo buscar ahora mismo, pero para creer aunque sea un poco en sus posibilidades de éxito en el mundo real, los pasos mínimos necesarios serían una patente y una licencia para una startup relacionada.