Desalinización & Descontaminación molecular del agua

Presentemente el agua escasea en todos los continentes, impactando adversamente una-quinta (⅕) parte de la población humana, o alrededor de 1.2 billones de personas, cifra que aumentará rápidamente por +500 millones de personas por los cambios climáticos que enfrentamos. Aunque exista suficiente agua para los siete billones de personas que habitan en nuestro planeta, a grupos poblacionales circunstanciales les hace falta el indispensable recurso, ya sea por fenómenos naturales y humanos, al no estar equitativamente distribuida por la ausencia de infraestructura, demasiada es desperdiciada y contaminada o porque es administrada de la manera incorrecta.  

Para combatir todo lo mencionado, al igual que la alta probabilidad de que para el año 2025, 1.8 billones de personas se encontrarán en áreas de escasez absoluta, mientras que dos-terceras (⅔) partes de la población mundial estará viviendo bajo condiciones estresadas de agua, múltiples soluciones tecnológicas de desalinización están surgiendo para prevenir una posible catástrofe. Mientras que, éstos nuevos avances de desalinización (y de descontaminación) del agua aumentarán el acceso al recurso vital con mayor calidad, potabilidad y sustentabilidad en mente.  

 

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Con el enfoque de hacer el proceso de desalinización más eficiente y costo-efectivo, un grupo de científicos liderado por Rahul Nair de la Universidad de Manchester en el Reino Unidos logró el desarrollo de membranas de óxido de grafeno (C140H42O20) en una escala atómica. El reto principal era lograr que las membranas de carbón oxigenado mencionadas no se hincharan dentro del agua (H2O) al absorber humedad proporcional, permitiendo que partículas de sal (NaCl) pasaran a los poros expandirse. El desarrollo de una resina epoxi que cubriría las paredes de las membranas fue capaz de controlar la hinchazón, también ofreciéndose el tamaño uniforme de los poros que servirán como tamices o cedazos de sal.

Al producirse en masa membranas que se basan en el grafeno con los tamaños requeridos ya determinados, se podría escalar el proceso que provee la separación selectiva de moléculas de agua (H2O) de iones a través de restricciones físicas en espacios intercalados. Según el Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste la síntesis de membranas económicas para la desalinización podría crear un aparato de filtración económico para producir agua potable de agua de mar o residual con una potencia energética de entrada mínima. Únicamente cuando el tamaño del capilar es de un nanómetro, medida bien cercana al de una molécula de agua, las mismas logran interconectase entre sí a través de nuevos eslabones de hidrógeno entre ellas, moviéndose más rápido por la membrana, así eliminándose el cloruro de sodio (NaCl) o sales encontradas efectivamente.  

 

Hidrogeles Solares  

Completamente reescribiendo el acercamiento a la evaporación y desalinización del agua, la Escuela de Ingeniería Cockrell de la Universidad de Texas ha desarrollado un polímero combinado de hidrogeles que utiliza la fuente de calor más abundante para energizar la destilación, la luz solar. Sin tener que concentrar la luz solar, el nuevo aparato de filtración utiliza en su nano-estructura un polímero gelatinoso compuesto de materiales híbridos que mezclan propiedades hidrofilias, para atraer el agua, con criterios semiconductores para absorber luz solar con mayor eficiencia.  

Los hidrogeles son redes de polímeros en cadena con altos niveles de absorción de agua que permiten la producción de agua potable y segura de cualquier fuente, ya sea océanos o aguas contaminadas, con una tecnología compacta y costo-efectiva. La tecnología aumentó el volumen de agua que puede ser evaporada al producir 25 litros por metro cuadrado (i.e. l/m2) en pruebas en el exterior, a una capacidad más que suficiente para cubrir las necesidades de un hogar o de una zona de desastre. El innovador artefacto fue capaz de atrapar y condensar vapor de agua del Mar Muerto, el cual cuenta con un 34% de salinidad y es alrededor de 10 veces más salado que el agua de mar estándar, siendo el hidrogel solar completamente adaptable a sistemas de desalinización solar existentes. Al tratarse de una tecnología que utiliza energía solar ambiental para el proceso de desalinización a través de destilación para producir agua fresca, sin requerir de infraestructuras intensivas en energía como los procesos destello multiniveles o de destilación multi-efecto, la prometedora innovación tiene un beneficio real en cuanto a su costo incomparable y al ser completamente escalable y adaptable.

 

Microbots Limpiadores  

Un equipo de científicos del Instituto para Sistemas Inteligentes Max Planck de Alemania reveló cómo el campo de la nanotecnología puede lograr mucho para contrarrestar las condiciones en las que se encuentran los cuerpos de agua. Los microbots desarrollados cuentan con dos partes, una primera mitad hecha de magnesio (Mg) que sirve para propulsarlos a través de los cuerpos de agua con las burbujitas de hidrógeno (H) que crean. La otra parte siendo de capas de hierro (Fe) y oro (Au) para atrapar bacterias comunes como la Escherichia coli (i.e. E. coli), en combinación de nano-partículas que actúan como el sistema destructor de bacterias de estas mini-maquinas.  

Al funcionar como un sistema de minas de captación de bacterias a escala molecular, los microbots limpiadores fueron capaces de eliminar un 80% de las bacterias en 20 minutos de sumersión. Al ser bio-compatibles, ambientalmente amigables y no producir desperdicios químicos durante ni después de su operación, son una buena primera opción para un proceso de limpieza del agua más riguroso. Uno de los atributos que les hace bien eficientes, es que no tenemos que preocuparnos por tragárnoslos cuando terminan su tarea, ya que debido al hierro (Fe) que les compone, con un magneto (Fe3O4) pueden ser removidos acompañados de las bacterias atrapadas y muertas.  

Las tres tecnologías antes mencionadas comparten en común la necesidad de limpiar o remover sales de nuestros cuerpos de agua a niveles moleculares para entonces poder abastecer una creciente demanda por un recurso potable que cada vez disminuye más. Por tal razón, innovar se hace sumamente importante ya que, según los escenarios más alentadores, para el año 2030 más de la mitad de la población global residirá en áreas de alto estrés de agua potable, incluyendo entre 75 a 250 millones de personas que vivirán en el continente africano. Adicionalmente, el escaseo de agua en algunos lugares áridos y semiáridos podrían desplazar entre 24 a 700 millones de personas que llegarían sedientos, en búsqueda de agua potable al recipiente más cercano.