- El sistema solar de desalinización eleva una fina capa de agua sobre paneles metálicos negros para absorber la radiación solar y destilar el agua, produciendo agua dulce sin aditivos químicos ni subproductos de salmuera
- La ósmosis inversa y la destilación térmica convencionales consumen mucha energía y requieren pretratamiento y posratamiento; además, la salmuera devuelta al mar aumenta la salinidad y reduce el oxígeno, dañando la vida marina
- Investigadores de la University of Rochester diseñaron una superficie de metal negro superabsorbente (superwicking) grabada con láser de femtosegundo, donde las áreas activas mantienen la desalinización y los laterales sin tratar reciben las sales y minerales restantes
- En pruebas con muestras reales de agua del Pacífico, Atlántico e Índico, el efecto anillo de café desplazó las sales y minerales hacia zonas pasivas, autolimpiando la superficie y permitiendo su recolección sin pérdida de eficiencia del panel
- El mismo panel extrajo casi el 100% de la sal en forma sólida y, en muestras del Great Salt Lake, recuperó aproximadamente el 50% del litio de las sales restantes tras la desalinización
Un sistema de desalinización energéticamente eficiente produce agua dulce sin aditivos químicos y convierte la sal restante en materiales útiles
- Según estimaciones de la UN, 2.200 millones de personas no tienen acceso a agua potable gestionada de forma segura, y comunidades desde California hasta Medio Oriente dependen de plantas desalinizadoras para convertir agua de mar en agua dulce
- Las tecnologías comunes de desalinización, como la ósmosis inversa y la destilación térmica, consumen mucha energía, requieren pretratamiento y posratamiento del agua y dejan como subproducto una solución salina concentrada llamada salmuera (brine)
- Cuando esa salmuera se descarga de nuevo al mar, aumenta la salinidad del agua y reduce el oxígeno, lo que perjudica a los organismos marinos
- Investigadores del Institute of Optics de la University of Rochester desarrollaron un nuevo proceso de desalinización solar que no deja salmuera y tampoco requiere aditivos químicos para el pretratamiento
- El equipo liderado por Chunlei Guo presentó el método en un artículo de Light: Science & Applications
- El núcleo de la tecnología es un panel de metal negro grabado con láser de femtosegundo, cuya superficie absorbe muy bien la luz y atrae el agua con una propiedad superabsorbente
- Las áreas activas tratadas con láser elevan una fina capa de agua sobre la superficie, absorben casi toda la radiación solar y destilan el agua
- Las sales y minerales restantes se desplazan hacia los laterales sin tratar del panel, es decir, hacia zonas pasivas, evitando bloquear el área activa
- Esta estructura fue diseñada para evitar que la sal obstruya las zonas activas e interrumpa la desalinización continua
Aprovechar el efecto del “anillo de café” y convertir residuos en recursos
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Aprovechar el efecto del “anillo de café”
- Estudios previos de desalinización solar mostraron buen desempeño en condiciones de laboratorio usando agua de mar simulada hecha solo con agua y cloruro de sodio
- Cuando el agua se evapora, el cloruro de sodio cristaliza en formas particuladas y porosas, lo que permite que el agua pase y vuelva a disolver la sal, además de facilitar la limpieza del panel solar
- El agua de mar real tiene una composición mucho más compleja, por lo que tienden a aparecer problemas en pruebas de campo
- Componentes del agua de mar como materiales a base de magnesio y calcio cristalizan sobre la superficie del panel solar formando costras duras y no porosas que la obstruyen
- Es un fenómeno similar a cuando con el tiempo se tapa el cabezal de la ducha o se forma sarro en una tetera, pero el agua de mar contiene cientos de veces más sal que el agua del grifo
- El equipo diseñó con grabado de precisión las ranuras del metal negro para que las distintas sales y minerales del agua de mar se desprendan de la superficie
- El efecto anillo de café es el fenómeno por el cual, tras secarse una gota de café sobre una superficie, queda un anillo de partículas concentradas en el borde
- Aquí se usa el mismo principio para desplazar la sal hacia las zonas pasivas
- En pruebas con muestras de agua del Pacífico, Atlántico e Índico, se confirmó que la superficie se autolimpia
- Mientras se extrae el agua dulce, la sal restante se envía a las zonas pasivas, donde luego puede recolectarse
- En este proceso no hubo pérdida de eficiencia del panel
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Convertir residuos en recursos
- Una ventaja clara del nuevo método es que, en lugar de dejar salmuera que deba tratarse o desecharse, extrae casi el 100% de la sal en forma sólida
- Podría convertirse en una fuente abundante de sal de mesa y también servir para extraer minerales más valiosos, como el litio de las baterías de ion-litio usadas en vehículos eléctricos y dispositivos electrónicos
- Un artículo relacionado en Journal of Materials Chemistry A presenta un método para separar el litio de otras sales durante el proceso de desalinización usando el mismo panel solar superabsorbente
- El método introduce nanopartículas de titanado de hidrógeno en las micro-ranuras de la superficie de metal negro para separar el litio de otras sales y minerales
- Guo sostiene que, dado que extraer litio desde la superficie terrestre implica una carga muy alta en términos energéticos y ambientales, obtenerlo directamente de soluciones salinas podría convertirse en una ruta importante a futuro
- En experimentos con muestras de agua del Great Salt Lake, se extrajo aproximadamente el 50% del litio de las sales remanentes tras la desalinización
- La tecnología de desalinización superabsorbente ya fue demostrada como prueba de concepto en dispositivos a pequeña escala, y Guo considera que puede ampliarse para mejorar el acceso mundial al agua potable y la sostenibilidad de las cadenas de suministro de minerales valiosos
1 comentarios
Comentarios en Hacker News
La desalinización requiere una energía mínima fundamental
Es decir, no puede lograrse con menos energía de la que se podría recuperar si el agua desalinizada, al recibir presión osmótica hacia la salmuera restante, empujara un pistón; y ese valor es grande
Este artículo usa un método térmico, así que no hay entrada eléctrica, pero para afirmar eficiencia habría que compararlo con usar la misma superficie para paneles solares y operar una instalación convencional
Según entiendo de forma limitada, la ósmosis inversa existente ya está bastante cerca del óptimo teórico desde la perspectiva energética, y la principal dificultad es un problema operativo: resolver la obstrucción de las membranas. Por supuesto, la ósmosis inversa también es más cara que la lluvia
Aun así, es interesante que produzca directamente sal cristalina, que tiene menos volumen que la salmuera, es más fácil de manejar y quizá incluso tenga valor
“Al probar la técnica de desalinización solar con muestras de agua del Pacífico, el Atlántico y el Índico, el equipo de Guo pudo hacer que la superficie se autolimpiara. Es decir, permitió extraer agua dulce y enviar la sal restante a una zona pasiva para recolectarla después, sin reducir la eficiencia del panel”
Esto no parece una mejora “grande”, sino más bien una mejora intermedia; además, el cambio de albedo probablemente también sea limitado, y la entrada de energía solar por unidad de área es la misma
Dependiendo del costo de este proceso, en términos de valor presente neto podría terminar siendo casi equivalente
Eso se debe a que los lagos de drenaje ácido disuelven todo tipo de metales preciosos del subsuelo
Una planta de desalinización por ósmosis inversa necesita electricidad para mover las bombas, y esa electricidad puede generarse con paneles de 15~20% de eficiencia
Si se pueden fabricar paneles térmicos de desalinización baratos, incluso con una eficiencia energética 6 veces menor podrían salir ganando, evitando además plantas de desalinización caras y frágiles y permitiendo configuraciones distribuidas y de baja especialización
En cambio, la sal cristalina sólida es la parte engorrosa
El artículo está aquí: https://www.nature.com/articles/s41377-026-02315-4
Sigue siendo algo a escala de laboratorio dentro de un recipiente de vidrio, y aún no han llegado a construir un sistema realmente utilizable, ni siquiera pequeño
La gran afirmación es que no se obstruye: la acción capilar mueve la sal fuera de la zona activa hacia otra zona, y algún mecanismo todavía no desarrollado la elimina allí. Esa parte necesita demostrarse
Si logran hacer algo que funcione durante años sin obstruirse y sin reemplazar el material activo, entonces sí sería un avance real
El tratamiento superficial con láser ya es una técnica conocida: https://www.youtube.com/watch?v=BKYOglHYo_Y
Es útil al preparar pintura, porque vuelve rugosa una superficie lisa de una manera muy estructurada para que el acabado final quede liso
Si se vuelve rugosa con sandblasting, la primera capa de pintura queda algo irregular, así que hay que lijar y volver a pintar
Se intentó usar rugosidad por láser en pintura automotriz, pero no se volvió algo dominante; la buena pregunta aquí es si los equipos comerciales de tratamiento superficial con láser pueden fabricar los materiales de este nuevo proceso
El primer intento a gran escala fracasó y fue abandonado, y lo que se aprendió en el segundo intento fue que el problema más difícil no era excavar, sino mover la tierra. Era una cantidad verdaderamente inmensa
Relacionado con esto, Path Between the Seas es un libro realmente bueno y difícil de soltar
En las fotos se ve la superficie un poco cubierta de sal, y para este tipo de sistema incluso ese poco parece demasiado
Aun así, ojalá funcione bien y pueda escalarse
Parece ser el mismo artículo de la University of Rochester que tuvo 20 comentarios hace 4 días
https://news.ycombinator.com/item?id=48349507
Creo que la forma más eficiente de “convertir agua de mar en agua potable” es la lluvia
Básicamente solo hay que recolectar y transportar mejor la producción del mayor equipo de desalinización solar del mundo
Si se reduce la velocidad con la que baja por una pendiente, aumenta la vegetación, esa vegetación también retiene agua, y el agua tiene más tiempo para infiltrarse en el suelo, lo que también ayuda a los pozos locales
Incluso las zonas desérticas pueden “terraformarse” por completo: https://youtube.com/shorts/cfhbtgon4Nk?is=oAExB5UeMAsShBux
Da gusto ver investigación salida de Rochester. Ya sea RIT, UofR o las escuelas cercanas, es una región realmente subestimada en lo académico
Al menos en ciencia, pude acceder a muchas oportunidades que habría sido difícil conseguir en escuelas más famosas
Me ayudó a construir la base de mi vida de una forma que probablemente no habría sido posible en otro lugar
Puede sonar como una pregunta rara, pero ¿sería posible producir a gran escala agua no potable para riego agrícola en cualquier lugar que no sea un desierto poniéndole paneles solares a un deshumidificador? Si no, ¿por qué?
En general, las zonas con suficiente humedad en el aire como para considerar este método ya tienen acceso más fácil a la lluvia y al agua subterránea
Israel desaliniza entre el 75% y el 85% de su agua potable, y el problema es la disfunción política y económica
Por ejemplo, California podría haber hecho desalinización a gran escala con tecnología de los años 70 y energía nuclear, y también podría haber ampliado mucho sus embalses y acueductos, pero no lo hizo
Es muy parecido a cómo en los años 400 Roma usaba acueductos construidos por civilizaciones anteriores, pero había perdido la capacidad de construir nuevos
La razón por la que no sirve en la práctica es que es extremadamente ineficiente. Para condensar agua, hay que desechar una enorme cantidad de calor en algún sitio, y eso es una limitación física fundamental
Además, los lugares donde un deshumidificador funciona bastante bien son húmedos y por lo general no sufren una escasez de agua tan grave. Los desiertos tienen una humedad muy baja, así que un deshumidificador casi no produce agua
Incluso un buen deshumidificador en un entorno húmedo consume energía del orden de kW para producir apenas unos 10 litros de agua al día
En la Tierra hay lugares que en la práctica son desiertos, pero donde entra niebla húmeda con regularidad al amanecer, y en esos sitios la gente ya había aprendido a recolectar agua del aire mucho antes de que se inventara el ciclo de refrigeración
Literalmente, la desalinización sale más barata
También sería posible construir un enorme invernadero lleno de agua de mar, evaporarla con el sol y luego recolectarla con un deshumidificador, pero seguiría siendo absurdamente ineficiente. El agua tiene una capacidad calorífica enorme, así que cualquier ruta que la separe mediante calor consume cantidades masivas de energía
Ningún deshumidificador comercial puede producir suficiente agua, así que terminarías gastando 80 mil dólares y habría sido mejor simplemente pedir entrega de agua
Me pregunto si combinarlo con el efecto fotomolecular podría mejorar aún más la eficiencia energética
https://news.mit.edu/2024/how-light-can-vaporize-water-witho...
Desde hace tiempo me pregunto por qué no abundan estructuras en la costa del Red Sea donde se haga un canal lleno de agua de mar, esa agua se evapore bajo un techo de vidrio para producir agua dulce, y la sal restante se extraiga
Arena → vidrio → agua de mar calentada → agua dulce + minerales → ??? → parece que podría haber un modelo de negocio rentable
Si además se combinara con plantaciones de manglar, quizá las costas desérticas podrían sostener más vida
También me pregunto si esta tecnología puede escalar y qué tan rápido puede procesar agua. Si se combinara con paneles solares transparentes, podría convertirse en una tecnología bastante impresionante
Se han gastado alrededor de mil millones de dólares, pero por una mezcla de problemas financieros, políticos y ambientales, el proyecto está en pausa
https://en.wikipedia.org/wiki/Red_Sea%E2%80%93Dead_Sea_Water...
Todo eso terminaría pegado por encima y por debajo del vidrio, y al final también se acumularía la sal restante
La sal residual es muy agresiva para las estructuras o máquinas que tengan que moverla, así que reparar grandes estructuras de vidrio también se vuelve engorroso
Si después de todo eso el agua obtenida apenas es un hilo lento, en general no vale la pena