Nanotecnología ayuda a hacer que el agua salada sea potable

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Nanotecnología para tontos, 2ª edición

Por Earl Boysen, Nancy C. Muir, Desiree Dudley, Christine Peterson

Los investigadores están investigando nanomateriales para su uso en la potabilización del agua salada. Hoy en día, la desalinización de agua salada es un proceso muy costoso, pero la nanotecnología podría cambiar eso.

Aunque hay mucha agua alrededor, sólo una pequeña porción es potable. Según el USGS (United States Geological Survey), nuestros océanos contienen alrededor del 96,5 por ciento de toda el agua de la Tierra, pero obviamente el agua salada no es potable. Además, hay problemas en el suministro y la calidad del agua.

Los problemas van desde la población de las ciudades, que es demasiado grande para la cantidad de agua disponible en ríos y lagos, hasta las aldeas rurales, donde el agua disponible está contaminada, pero no tienen instalaciones de tratamiento de agua. (Las Naciones Unidas estiman que 1.100 millones de personas no tienen acceso a instalaciones de tratamiento de agua.)

Dados estos problemas, la idea de hacer que el agua salada sea potable es atractiva. Sin embargo, el costo de hacerlo es actualmente muy alto. Para las comunidades cercanas al agua de mar, la buena noticia es que la nanotecnología está ayudando a hacer más económica la desalinización de agua salada.

El movimiento natural de las moléculas de agua hacia el agua salada para igualar la concentración de contaminantes se llama ósmosis. El proceso de forzar moléculas de agua de agua salada a agua dulce es el inverso de este proceso y por lo tanto se llama ósmosis inversa.

El proceso de ósmosis inversa se utiliza en muchas plantas desalinizadoras. En este sistema, se coloca agua salada bajo presión, lo que la fuerza a través de una membrana. La membrana es generalmente un polímero con muchos poros de tamaño nano, y es un material que permite que el agua pase a través de los poros pero detiene las sales y las bacterias.

Los sistemas de ósmosis inversa requieren que las bombas mantengan la presión suficiente para forzar el paso del agua a través de la membrana, así como procedimientos de limpieza para limpiar las bacterias que crecen en el lado de agua salada de la membrana, lo que se conoce como ensuciamiento.

Los investigadores están investigando el uso de nanomateriales para reducir la presión necesaria para forzar el paso del agua a través de la membrana y para reducir la capacidad de las bacterias para crecer en la membrana.

Hacer que el agua fluya más fácilmente a través de la membrana

Podemos beneficiarnos de los nanotubos de carbono en las membranas que se utilizan en la ósmosis inversa para ayudar en el proceso de desalinización. Por ejemplo, una empresa llamada NanOasis está trabajando en membranas que contienen una película polimérica muy densa con poros de nanotubos de carbono.

Debido a que el interior de los nanotubos de carbono es muy liso, el agua es transportada a través de ellos más fácilmente. Y, mientras que los nano poros permiten que el agua fluya a través de ellos, detienen los iones de sal, haciendo que este método sea perfecto para la desalinización. Este método podría reducir la energía necesaria para la desalinización entre un 30 y un 50 por ciento.

Reducir las bacterias en la ósmosis inversa

Una empresa llamada NanoH2O añade nanopartículas a su membrana para optimizar propiedades como la rugosidad de la superficie y la carga. La compañía ha sido capaz de reducir la posibilidad de que las bacterias se adhieran a la membrana. Debido a que las bacterias en la membrana pueden reducir la cantidad de agua que pasa a través de ella, la reducción de las bacterias en la membrana significa que usted no tiene que apagar el sistema para limpiarlo con tanta frecuencia.

Explorar la desionización capacitiva

Un método de desalinización llamado desionización capacitiva tiene el potencial de ser más rentable que la ósmosis inversa. Una celda de desionización capacitiva contiene dos electrodos, uno con carga positiva y otro con carga negativa.

Los electrodos están cargados porque la sal está formada por iones negativos y positivos. Debido a que las cargas opuestas se atraen, los iones cargados negativamente son atraídos al electrodo cargado positivamente y los iones cargados positivamente son atraídos al electrodo cargado negativamente. Por ejemplo, si usted disuelve sal de mesa regular (cloruro de sodio) en agua, el sodio y el cloruro se separan para formar iones de sodio con carga positiva y iones de cloruro con carga negativa.

A medida que el agua de mar pasa a través de la celda, los iones de sal se adhieren a los electrodos y el agua desionizada sale por el otro extremo de la celda. Esta técnica no requiere alta presión para empujar el agua a través de la membrana, como en la ósmosis inversa, por lo que sería menos costosa y consumiría menos energía.

Los investigadores están desarrollando electrodos fabricados con nanomateriales para aumentar la superficie de los electrodos, lo que debería aumentar la velocidad a la que una célula puede eliminar los iones de sal del agua de mar. Una técnica interesante es el uso de electrodos construidos a partir de escamas de grafeno, que los investigadores de la Universidad de Australia del Sur han demostrado. Investigadores de todo el mundo también están intentando desarrollar sistemas de desionización capacitiva de bajo coste utilizando electrodos nanoestructurados.

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