Ciencia

Tecnologías innovadoras para solucionar el problema del agua – BBVA OpenMind


Si algún día nos visitara una civilización extraterrestre, probablemente decidiría que el ser humano es una especie de contrastes: más de 3.600 millones de personas en todo el mundo ya poseen un smartphone, mientras que unos 2.200 millones aún no tienen acceso a agua potable en sus hogares. Pero a pesar de la paradoja, la tecnología de vanguardia y un recurso tan básico como el agua no están hoy tan alejados; de hecho, la primera está logrando aportar soluciones novedosas para que la segunda pueda ser más accesible en muchos lugares del mundo donde aún no es posible abrir un grifo y beber.

Actualmente existen numerosas propuestas tecnológicas para expandir el acceso al agua potable, pero a menudo son caras o demasiado complejas para un uso sencillo sobre el terreno. Repasamos aquí algunas de las innovaciones más recientes y prometedoras.

Condensación de vapor

Los destiladores solares para purificar el agua se han empleado en América desde tiempos precolombinos. La técnica es sencilla: se evapora el agua gracias a la energía solar y el vapor se condensa en una superficie para recoger el agua limpia. A este método milenario la tecnología actual está aportando soluciones que mejoran su rendimiento y eficiencia.

Los investigadores probaron su condensador de agua bajo el sol directo sobre edificios de UW-Madison. Crédito: THE PHOTONICS LAB AT UW–MADISON

Un ejemplo son las soluciones creadas por los ingenieros Qiaoqiang Gan, de la Universidad Estatal de Nueva York en Búfalo, y Zongfu Yu, de la Universidad de Wisconsin, y desarrolladas a través de su compañía startup Sunny Clean Water. Los sistemas propuestos incluyen el uso de evaporadores de papel carbón y condensadores de un material llamado polidimetilsiloxano, que incluso a plena luz del sol emiten más energía de la que absorben, reduciendo la temperatura por debajo del punto de rocío para lograr la condensación del vapor.

Agua del aire del desierto

En grandes regiones del planeta el problema no es la contaminación del agua, sino su ausencia absoluta. Según Naciones Unidas, más de 2.100 millones de personas viven en regiones áridas, que suman el 41,3% de toda la tierra del planeta, y es previsible que esta cifra aumente con la desertización provocada por el cambio climático. Para paliar la escasez de agua en estas zonas existen sistemas como los condensadores de niebla, pero requieren grandes superficies de captación, fuentes de energía o instalaciones complejas.

El MOF puede convertir agua del desierto en agua potable. Crédito: UC Berkeley
Un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts y de la Universidad de California en Berkeley dirigido por el químico Omar Yaghi ha diseñado un sistema pasivo que extrae agua del aire más seco consumiendo solo energía solar, algo que no suele faltar en las regiones desérticas. El sistema se basa en un nuevo tipo de materiales porosos llamados redes metaloorgánicas (Metal-Organic Frameworks o MOF). Embutido entre un panel solar y un condensador de vapor, este material es capaz de recolectar diariamente 100 mililitros de agua por cada kilo de MOF en un ambiente tan seco como el desierto de Arizona (EEUU), donde la humedad del aire desciende hasta el 8% durante el día.

En su forma original, el inconveniente del sistema era su precio, ya que el MOF ensayado por los investigadores utilizaba circonio, un metal caro. Sin embargo, el mismo equipo ya ha probado un MOF basado en aluminio que reduce el precio de 160 a 3 dólares por kilo y que en el desierto californiano de Mojave ha logrado producir 0,7 litros de agua por kilo de MOF al día, diez veces más que la versión anterior. El nuevo sistema incluye un ventilador alimentado por energía solar para aumentar el contacto del aire con el material. A través de su nueva startup Water Harvesting, Yaghi y sus colaboradores trabajan en un dispositivo del tamaño de un microondas capaz de cosechar de 7 a 10 litros de agua al día, escalable a un sistema que producirá 20.000 litros diarios, suficiente para el consumo de una aldea.

Agua dulce del mar

Una gran parte de la población mundial carece de acceso a agua potable a pesar de vivir junto a una inmensa masa oceánica. La desalinización del agua del mar es todavía una opción de utilidad limitada: las grandes plantas que emplean sistemas de filtración por membranas poliméricas son costosas e ineficientes por su abundante consumo de energía.

La ciencia de los nuevos materiales puede ofrecer también una solución alternativa a las actuales desaladoras. Científicos de la Universidad de Manchester (Reino Unido) han creado un tamiz de óxido de grafeno que retiene las sales, dejando pasar solo el agua. El secreto está en el diminuto tamaño del poro, de alrededor de 1 nanómetro. Las moléculas de agua fluyen fácilmente a su través gracias a que forman una especie de tren por medio de sus puentes de hidrógeno; sin embargo, las sales no pueden pasar debido a que están rodeadas por una cáscara de moléculas de agua, con un tamaño total que excede el del poro.

El tamiz de óxido de grafeno retiene las sales, dejando pasar solo el agua. Crédito: Universidad de Manchester

Las ventajas del tamiz de grafeno incluyen la posibilidad de escalarlo a cualquier tamaño y con el diámetro de poro deseado, lo que permite filtrar cualquier contaminante presente en el agua. Para el director del proyecto, el físico de materiales Rahul Nair, esta nueva tecnología “abre nuevas posibilidades para mejorar la eficiencia de la tecnología de desalación”, y será especialmente útil en regiones del mundo donde no puede costearse una gran planta desalinizadora. En 2019 el National Graphene Institute de la Universidad de Manchester inició una colaboración con la compañía de sistemas portátiles de filtración de agua LifeSaver para desarrollar nuevos dispositivos de purificación de agua basados en esta tecnología.

Agua potable de bolsillo

De los 2.200 millones de personas que carecen de agua corriente potable en sus hogares, Naciones Unidas estima que más de 1.600 millones tienen que emprender largos periplos fuera de su casa para recoger agua, mientras que casi 600 millones beben de pozos, cauces, lagos u otras fuentes que pueden albergar microbios peligrosos. Cada año mueren 829.000 personas por diarreas ocasionadas por la contaminación microbiológica del agua.

En 2005, la compañía suiza de productos de ayuda humanitaria Vestergaard Frandsen introdujo un sencillo pero ingenioso sistema, Lifestraw, un tubo de plástico de 22 centímetros de longitud y 3 de diámetro que se utiliza exactamente igual que una pajita de bebida. Su sistema de filtración elimina protozoos y bacterias, y las versiones más recientes filtran también compuestos químicos y metales disueltos. Cada unidad puede filtrar hasta 4.000 litros de agua, suficiente para el consumo de una persona durante tres años.

El tubo de Lifestraw se utiliza igual que una pajita de bebida. Crédito: Lifestraw

La premiada tecnología de Lifestraw se comercializa también en formato de botella y en sistemas para familias y comunidades. Todos ellos ya han demostrado su utilidad en lugares como Haití, Ruanda, Paquistán o Kenia, donde estos productos se han distribuido para paliar la escasez de agua potable causada por terremotos, inundaciones o sequías. Curiosamente, Lifestraw es también un accesorio de camping muy popular en los países desarrollados, al tratarse de una alternativa cómoda y barata a los tradicionales sistemas de potabilización. Con los ingresos obtenidos de estas ventas, la compañía financia un programa para llevar sus sistemas de filtración a países en desarrollo.

El libro que limpia el agua

Sin duda uno de los sistemas más originales, sencillos y prácticos para purificar el agua es el que ofrece la compañía startup Folia Water, fundada por la química Theresa Dankovich y su marido: un libro cuyas páginas matan los microbios del agua. El producto tiene su origen en la tesis doctoral de Dankovich, que se centró en el desarrollo de filtros de papel con nanopartículas de plata que eliminan bacterias, virus y otros patógenos.

Folia Water ha probado su sistema en numerosos países de África, Asia y Latinoamérica. Crédito: Folia Water

Un parte esencial del proyecto consistió en darle el formato adecuado para facilitar su uso en regiones deprimidas. Así nació el Safe Water Book, un libro cuyas páginas recortables son los propios filtros, impresos con leyendas en el idioma adecuado para facilitar su uso e instruir a sus usuarios sobre consejos básicos de higiene. Cada libro proporciona agua libre de gérmenes durante cuatro años. Folia Water ya ha probado su sistema en numerosos países de África, Asia y Latinoamérica, y ha comenzado a distribuir su producto en Bangladés. El objetivo de la compañía es facilitar el acceso al agua potable a 1.000 millones de personas a un coste menor de un céntimo al día. 

Reciclar el agua

El ser humano genera ingentes cantidades de aguas residuales: en un país como EEUU, cada persona vierte una media de 227 litros al día por los sumideros de baños y cocinas y los desagües de electrodomésticos. En los países desarrollados estas aguas se tratan antes de devolverse a la naturaleza, pero cada vez se está poniendo mayor énfasis en que también pueden reciclarse para volver de nuevo a nuestros grifos. De hecho, no solo la propia agua interesa; es tal la cantidad y variedad de compuestos que contiene el “agua usada”, como algunos expertos prefieren llamarla, que se busca también su recuperación para distintos usos, incluyendo la producción de energía.

En los países más pobres la situación es bien diferente, ya que la inmensa mayoría de las aguas residuales se vierten a la naturaleza sin tratar. Hoy existen innumerables iniciativas para encontrar modos de reciclar estas aguas y que puedan proporcionar un suministro potable a los hogares. Un sistema actualmente desplegado en 30 países es el SunSpring Hybrid de Innovative Water Technologies, una estación autosuficiente alimentada por energía solar y eólica que filtra el agua para proporcionar 20.000 litros al día durante más de 10 años.

bbva-OpenMind-Innovative Water Technologies-Actaulizacion_soluciones_agua_2-El SunSpring Hybrid es una estación autosuficiente alimentada por energía solar y eólica que filtra el agua. Crédito: Innovative Water Technologies
El SunSpring Hybrid es una estación autosuficiente alimentada por energía solar y eólica que filtra el agua. Crédito: Innovative Water Technologies

Por otra parte, un recurso tan abundante como la luz del sol puede utilizarse también para eliminar la contaminación microbiológica de las aguas sucias, gracias a la luz ultravioleta (UV). La desinfección solar del agua (SODIS, en inglés), consistente en algo tan sencillo como exponer el agua al sol en recipientes adecuados, es un método popularmente empleado y recomendado por la Organización Mundial de la Salud. Sin embargo, el UV solo representa el 4% de la energía de la luz solar. La ventaja del sistema desarrollado por el nanotecnólogo Yi Cui en la Universidad de Stanford es que aprovecha también la luz visible. Se trata de una membrana de disulfuro de molibdeno que en contacto con el agua reacciona a la luz solar produciendo peróxido de hidrógeno, un conocido antiséptico que inactiva los patógenos presentes. El agua oxigenada después se disipa para dejar solo agua libre de gérmenes.

Javier Yanes

@yanes68





Source link

Elena Garcia

Sumergiéndome en el océano de las palabras y tejiendo narrativas como hilos de un lienzo, soy Elena García, una Artista Verbal del Blogging que convierte letras en mundos cautivadores. Mi travesía en la Universidad Autónoma de Barcelona coloreó mi pluma con la paleta del conocimiento. Como una tejedora de historias, mis escritos se despliegan desde las esferas de las noticias internacionales hasta el resguardo de la seguridad global, desde los misterios de la ciencia hasta los engranajes de la industria automotriz y los tesoros de la literatura. Cada palabra es una pincelada de autenticidad, entrelazada con el hilo de la transparencia. Acompáñame en este viaje donde las letras cobran vida, donde la seguridad se entrelaza con la ciencia, donde las máquinas se fusionan con las palabras y donde cada párrafo es un reflejo de la vasta riqueza de la literatura.

Related Articles

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Back to top button