Un grupo de investigadores del Tec de Monterrey pensó en cómo hacer frente a la escasez del agua con un proyecto para la desalinización del agua del mar utilizando un método que aprovecha la energía del sol.
A pesar de que el 70% de la superficie terrestre está cubierta por agua, alrededor de 3.7 mil millones de personas en todo el mundo –cerca de la mitad de la población global– son afectadas por la falta de este recurso y se estima que para 2050 podrían ser unas 5.7 mil millones, según el Informe Mundial de las Naciones Unidas sobre el desarrollo de recursos hídricos 2024.
La desalinización consiste en remover la sal y minerales del agua mediante métodos como la ósmosis inversa, pero esta técnica requiere de grandes espacios y altas cantidades de energía que proviene de combustibles fósiles, haciéndolo un método costoso y poco ecológico.
Carlos Rivera, investigador del Institute of Advanced Materials for Sustainable Manufacturing y profesor de la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tec explica que el método que desarrollaron aprovecha dos tecnologías ya existentes: los colectores solares térmicos y la destilación por membrana.
“Es un proceso sustentable que no contamina. Hicimos simulaciones dinámicas y ahora queremos hacer un prototipo que demuestre que se puede desalinizar agua con energía solar”, dice Rivera.
¿Cómo funciona un desalinizador sustentable?
Recientemente los investigadores del Tec, junto a colegas del Imperial College London, desarrollaron un colector híbrido que, al igual a como lo hace un boiler de agua solar, aprovecha la radiación del sol para calentar líquidos y también puede generar energía.
Este dispositivo utiliza un espejo parabólico que dirige la radiación solar hacia un ducto triangular. En sus paredes tiene celdas fotovoltaicas, como las que usan los paneles solares, por el que pasa un fluido como agua o gas y que se utiliza en procesos industriales.
Las celdas concentran los rayos del sol y los convierten en energía eléctrica, pero en el proceso se calientan y eso puede afectar su rendimiento. El agua también es utilizada para enfriarlas, pero a su vez su temperatura sube a niveles de evaporación.
Cuando los científicos vieron que el agua se evapora, pensaron en acoplar este sistema a un proceso de destilación por membrana al vacío.
En este proceso, pasan el vapor del agua a través de una capa porosa con el tamaño de una hoja de papel y hecha con un polímero, similar al de la cinta de teflón que se utiliza en la plomería, pero cuatro veces más delgada.
“Por esa membrana solamente va a pasar vapor y para eso necesitamos calentar el agua entre 50 y 80 grados. Es como cuando calientas agua en la estufa y que empieza a salir vapor conforme va subiendo la temperatura; en esta destilación separamos el vapor sin llegar al punto de ebullición”, explica.
Al final, el vapor generado puede ser succionado con una bomba de vacío hacia un contenedor donde se puede condensar, es decir, se vuelve a enfriar y regresa a su estado líquido.
Además, la energía eléctrica que se genera en las celdas fotovoltaicas puede servir para alimentar los mecanismos del sistema para seguir la ruta del sol y aprovechar al máximo su radiación, así como las bombas que ayudan a circular el fluido y diferentes tipos de sensores.
El investigador dice que otra ventaja es que el sistema se puede diseñar de una forma compacta, ya que en una menor área de membrana se puede producir más agua que en procesos de destilación directa que requieren de grandes instalaciones.
Obtener 1,000 litros de agua al día en un área de 12 metros
El equipo de investigadores del Tec hizo pruebas en conjunto con científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang (NTU), Singapur, en lugares donde el recurso solar es abundante.
Por ejemplo, llevaron sus experimentos a zonas costeras como La Paz y Acapulco, en México; Nadi, en Fiji; y Singapur. Pero las pruebas también se pueden trasladar a regiones desérticas o con climas semiáridos, como Sonora o Sinaloa, donde son comunes los pozos para extraer agua que puede contener sales y otros minerales.
Los resultados mostraron que se pueden obtener aproximadamente 1,000 litros de agua al día utilizando cuatro concentradores solares con destilación por membrana, con un tamaño aproximado de tres metros de largo por uno de ancho; es decir, 250 litros por cada colector.
La Asamblea General de las Naciones Unidas reconoce el derecho de todos los seres humanos al acceso a una cantidad de agua suficiente para el uso doméstico y personal (entre 50 y 100 litros de agua por persona y día), segura, aceptable y asequible –sin que su costo supere el 3% de los ingresos del hogar.
“Estamos trabajando en el desarrollo del prototipo, de la destilación de membrana al vacío y haciendo pruebas experimentales a nivel laboratorio. El siguiente paso es integrar las dos tecnologías en un solo prototipo; la idea es que en dos años tengamos ya uno funcionando que sirva para que las empresas puedan ver que es factible la economía y que se puede escalar”, comenta Rivera.
Hacia el futuro, el investigador, visualiza este proyecto como una alternativa sostenible y de menor costo para proporcionar agua para el consumo humano y otras aplicaciones a comunidades o países en desarrollo.
¿Te interesó esta historia? ¿Quieres publicarla? Contacta a nuestra editora de contenidos para conocer más marianaleonm@tec.mx
