Novedoso sistema de desalinización abarata el acceso a agua potable

21 Octubre 2021
En vez de quemar carbón como combustible, el carbón fue rediseñado en un material de desalinización solar sostenible, redefiniendo el futuro del acceso al agua en el planeta.
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Foto: Unsplash

Un dispositivo compuesto por carbón en polvo, estructurado de forma caótica, será empleado como base para un proceso de desalinización sostenible energizado exclusivamente por la radiación del sol. El invento, conocido como D-SAL, podría proporcionar de manera sostenible agua dulce a los 475 millones de pequeños agricultores que viven en las tierras secas costeras y rurales, el grupo más pobre y en mayor riesgo de los 3.600 millones de personas en todo el mundo que enfrentan escasez de agua.

La tecnología desarrollada por la startup de los Países Bajos PERA Complexity, en alianza con la Universidad de Zurich (UZH) y el Profesor Andrea Fratalocchi de la KAUST (King Abdullah University of Science and Technology), ha alcanzado a la fecha la más alta eficiencia general entre todas las tecnologías de desalinización solar, medida en horas de producción de agua pura por unidad de costo de materiales. PERA y sus socios están avanzando hacia la implementación de una demostración de campo en áreas rurales de la región semi árida del nordeste de Brasil.

Utilizando algoritmos basados en la complejidad, el equipo comenzó a simular y explorar configuraciones que utilizan materiales abundantes, sostenibles y económicos para alimentar un proceso de adsorción para evaporación de agua. El equipo descubrió que el carbón, incluyendo su derivado vegetal producido de manera sostenible, sería el candidato ideal.  Luego el equipo realizó   experimentos con carbón en polvo comprimido (CCP), un material micro-poroso producido mediante la creación de una red jerárquica desordenada de nano y micro-canales en el carbón, creando un dispositivo que desaliniza eficientemente el agua salobre o del mar.

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"Una característica importante de la ciencia de la complejidad es su relación intrínseca con la estructura de un sistema.  Con años de trabajo en el campo, nuestro equipo fue capaz de caracterizar muchas estructuras y configuraciones posibles que conducirían a una relación sostenible entre la energía y materiales naturales. Mediante el uso de un proceso de fabricación no térmico, 100% sostenible, logramos una relación altamente eficiente y rentable entre los átomos de carbono, el área de superficie, la energía solar y el agua, todos interactuando en una estructura de carbón compleja", explica el Dr. Aluizio M Cruz, coinventor de D-SAL y cofundador de PERA Complexity.

"A menudo, las personas se acostumbran tanto a las formas específicas en que usan un objeto que se ‘obsesionan’ con una determinada forma de resolver los problemas. Tal ‘fijación funcional’ inhibe el pensamiento que requiere maneras no tradicionales de uso de objetos, obstaculizando así las vías alternativas potenciales para abordar problemas desafiantes. Las teorías de la complejidad, por el contrario, aprovechan la creatividad que surge del pensamiento divergente, un pensamiento que es abierto e implica una gran variedad de soluciones potenciales.  Para enfrentar un problema complicado, como los efectos perjudiciales de los combustibles fósiles sobre el clima, tal vez deberíamos preguntarnos: ¿podemos usar el carbón en un contexto no tradicional?", dice el coinventor y líder del estudio, el profesor Andrea Fratalocchi. 

Para promover el flujo de agua hacia y a través del CCP, el equipo incorporó fibras de algodón al dispositivo. “Las materias primas del CCP son abundantes en la naturaleza, de bajo costo, livianas, versátiles y altamente escalables desde el punto de vista de la fabricación", explican los colaboradores postdoctorados de PERA, Marcella Bonifazi y Valerio Mazzone, de la Universidad de Zúrich.  El dispositivo produjo agua dulce a un récord de 12-15 litros/día/m², tres veces más que un desalinizador solar tradicional y a un tercio del costo de las tecnologías de desalinización de última generación, agrega Marcella.

D-SAL es un sistema distribuido y modular, que está idealmente posicionado para servir a las poblaciones y comunidades costeras y rurales dispersas. Las sequías prolongadas son cada vez más frecuentes, lo que agrava el problema de la escasez de agua y la inseguridad en la producción de alimentos. Según ONU Agua, "el acceso al agua para la producción agrícola, aunque solo sea para el riego suplementario de los cultivos, puede marcar la diferencia entre la agricultura como un mero medio de supervivencia y la agricultura como una fuente confiable de medios de vida".  "D-SAL llega a donde la gente vive y trabaja, un simple sistema D-SAL de 16 m2 instalado en una granja familiar puede producir suficiente agua para satisfacer las necesidades de bebida, cocina y riego de alimentos de una familia rural típica de cuatro personas", dice Valdemar de Oliveira de la Fundación WTT.

De acuerdo a lo que mencionó Sean McKaughan, presidente de Fundación Avina, “frente a los desafíos existentes de acceso al agua potable y al escenario del cambio climático, es urgente escalar nuevas tecnologías como la desarrollada por PERA Complexity que son capaces de incrementar la provisión segura de agua a millones de familias carenciadas”.

PERA tiene como objetivo implementar una demostración de campo en Brasil para la desalinización de agua salobre. “En estas áreas rurales desistidas y semiáridas, D-SAL es más rentable y sostenible que las tecnologías existentes, ya que ofrece una solución que es menos intensiva en capital, fácil de operar, no requiere electricidad ni productos químicos y genera menos descarga de salmuera. Se proyecta que D-SAL costará un 55% menos por litro que las plantas de ósmosis inversa que operan en estos contextos. Para millones de personas en la región semiárida del noreste de Brasil y muchas otras regiones secas similares del mundo, D-SAL representa una solución permanente y resistente a la sequía no solo para satisfacer las necesidades de bebida y cocina, sino también para la producción de alimentos y la generación de ingresos ", dice Quelita Moreno, cofundadora de PERA.