Conozca cómo los científicos aprovechan el poder del sol para convertir de forma eficaz y sostenible el agua salada de los océanos en un recurso limpio y potable.
Avances en la tecnología de desalinización impulsada por energía solar
Una respuesta basada en papel para la acumulación de sal
Aunque la mayor parte de la superficie terrestre está cubierta de agua, más del 97% se encuentra en los océanos y no puede consumirse debido a su elevada salinidad. Pero los químicos han estado trabajando para hacer frente a la crisis mundial de agua desarrollando técnicas de desalinización de agua marina más eficientes y sostenibles desde el punto de vista medioambiental.
La desalinización mediante energía solar se está convirtiendo en una de las principales fuerzas en la lucha contra la escasez mundial de agua, y hay un fuerte impulso para avanzar en los métodos de desalinización solar para aplicaciones más generalizadas en la producción sostenible de agua limpia. La mayoría de los sistemas tradicionales de evaporación solar funcionan por conducción térmica, pero el mayor problema de estos evaporadores es la excesiva acumulación de sales en la capa de absorción, que dificulta la eficacia de la evaporación y la limpieza y el mantenimiento de los dispositivos.
Sin embargo, una investigación publicada recientemente en ACS Applied Materials & Interfaces demuestra una solución novedosa en forma de sistema de evaporación por radiación térmica basado en papel (TREES).2 Este sistema utiliza una configuración sin contacto que consiste en una pared de evaporación vertical hecha de papel de filtro, que rodea un absorbente solar inferior aislado térmicamente construido a partir de madera y espuma de poliestireno inyectados en superficie.
El muro de evaporación puede captar eficazmente la energía térmica del absorbente solar al tiempo que obtiene energía del ambiente más cálido, lo que mejora el proceso de evaporación. El muro también es único en su capacidad de recoger eficazmente la sal en su exterior y, mediante la conversión descendente de energía, permitir que el agua sirva como su propio absorbente y cree un frente de evaporación dinámico a partir de la capa de sal acumulada. Además, como el sistema TREES no tiene contacto, la capa de sal no se acumula en la superficie absorbente inferior.
Después de poner a prueba el sistema TREES al aire libre durante ocho días consecutivos, los investigadores informaron que puede mejorar la evaporación en más de un 1000% en comparación con los sistemas tradicionales. Al superar el reto de la acumulación de sales y mejorar el proceso de evaporación, TREES exhibe un enorme potencial como impulsor de la tecnología de desalinización de nueva generación. Vea un vídeo de TREES en acción.
Doble tarea con hidrogel
Otro método de desalinización publicado en ACS ES&T Water utiliza una plataforma de hidrogel para producir agua dulce a partir tanto del océano como de la atmósfera.3 La acumulación de sales supone un reto en este caso, ya que los generadores de vapor solares basados en hidrogel que se utilizan actualmente para la desalinización del agua de mar se obstruyen y ensucian fácilmente por el exceso de depósitos de sales.
A pesar de su naturaleza obstructiva, los investigadores observaron que estas sales podrían ser bastante útiles para absorber agua de la atmósfera, y trabajaron para desarrollar un hidrogel solar-térmico versátil (TA-Fe@PAM) que pudiera integrar la desalinización oceánica y la captación de agua atmosférica dentro de un dispositivo único.
El equipo construyó el hidrogel TA-Fe@PAM incrustando un complejo fototérmico de tanino y hierro (TA-Fe) en un sistema de hidrogel de poliacrilamida (PAM). La naturaleza porosa del hidrogel permitió una conversión fototérmica y un transporte de agua eficientes, al tiempo que atrapaba eficazmente grandes cantidades de sales delicuescentes durante la desalinización solar rápida. A continuación, el hidrogel que contenía las sales incorporadas (DS-TA-Fe@PAM) se secó y se sometió a pruebas de rendimiento de captación de agua atmosférica. El hidrogel DS-TA-Fe@PAM fue capaz de capturar con éxito el vapor de agua atmosférico y liberar después casi toda el agua que había recogido.
Por último, el equipo probó la DS-TA-Fe@PAM en un dispositivo fabricado con materiales domésticos baratos y fáciles de montar, y volvió a demostrar la eficacia de la captación y liberación de agua. Esto resulta especialmente prometedor para su uso en países en desarrollo y entornos de escasos recursos donde resulta difícil acceder regularmente a agua limpia.
En conjunto, estos nuevos descubrimientos aportan nuevas ideas para el diseño de evaporadores solares recolectores de sal de próxima generación y dan un paso más para avanzar en sus aplicaciones en la desalinización sostenible.
Explore investigaciónes relacionadas con la desalinización en ACS Journals
- Zhang, C. et al. Dual-Layer Multichannel Hydrogel Evaporator with High Salt Resistance and a Hemispherical Structure toward Water Desalination and Purification. ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 22, 26303–26313.
- Aleid, S. et al. Salting-in Effect of Zwitterionic Polymer Hydrogel Facilitates Atmospheric Water Harvesting. ACS Materials Lett. 2022, 4, 3, 511–520.
- Pan, Y. et al. Simple Design of a Porous Solar Evaporator for Salt-Free Desalination and Rapid Evaporation. Environ. Sci. Technol. 2022, 56, 16, 11818–11826.
- Chu, A. et al. Sustainable Self-Cleaning Evaporators for Highly Efficient Solar Desalination Using a Highly Elastic Sponge-like Hydrogel. ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 31, 36116–36131.
- Wilson, H. et al. Highly Efficient and Salt-Rejecting Poly(vinyl alcohol) Hydrogels with Excellent Mechanical Strength for Solar Desalination. ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 42, 47800–47809.
Referencias
- Patel, P. Improving the efficiency of solar desalination. C&EN Global Enterprise 2019, 97, 26, 8-8.
- Bian, Y. et al. Enhanced Contactless Salt-Collecting Solar Desalination. ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 29, 34151–34158.
- Li, X. et al. Multipurpose Solar-Thermal Hydrogel Platform for Desalination of Seawater and Subsequent Collection of Atmospheric Water. ACS EST Water 2022, Article ASAP