Tratar agua con sal y metales pesados sigue siendo complejo. Las industrias electrónica, metalúrgica y de baterías generan efluentes con altas concentraciones de sales disueltas y metales como cobre, níquel, zinc o cromo. Hasta ahora, ningún proceso único conseguía desalinizar el agua y recuperar los metales de forma simultánea. Un equipo de las universidades de Rice y Vanderbilt, en Estados Unidos, ha publicado una solución en la revista Nature Water. La tecnología se llama bombeo electroquímico de iones, o EIP por sus siglas en inglés.
Un problema habitual en la industria: sales y metales mezclados en el mismo efluente
Las plantas industriales generan efluentes difíciles de tratar. Los procesos de limpieza, fabricación y acabado de metales producen aguas con altas concentraciones de sales disueltas junto a metales pesados. Entre los contaminantes más habituales están el cobre, el níquel, el zinc y el cromo. Hasta ahora, tratar estas corrientes exigía combinar varias tecnologías distintas en la misma línea de proceso. Esa combinación aumenta la complejidad operativa y el coste energético de la planta.
La ósmosis inversa retira sal, pero deja una salmuera compleja. La ósmosis inversa elimina gran parte de las sales disueltas, pero genera una salmuera muy concentrada que sigue conteniendo los metales pesados. La gestión de esa salmuera resulta compleja y costosa para la planta. La precipitación química, por su parte, retira los metales mediante reactivos, pero genera grandes volúmenes de lodos peligrosos. Esos lodos deben transportarse y tratarse como residuo especial, lo que incrementa el coste total del tratamiento.
Menos sal, pero salmuera y lodos siguen siendo un problema
Cómo funciona el bombeo electroquímico de iones (EIP)
El EIP se basa en electrodos porosos y capacitivos. Estos electrodos, similares a los usados en la desionización capacitiva (CDI), almacenan iones de forma electrostática en su superficie porosa, sin reacciones químicas destructivas. A diferencia de la CDI convencional, que carga y descarga por ciclos completos, el EIP conmuta el circuito a alta frecuencia. Esa conmutación mueve solo una pequeña cantidad de iones en cada semiciclo, lo que da un flujo casi continuo, sin paradas para regenerar el electrodo. Gracias a este control, el potencial del electrodo se mantiene dentro de una ventana estrecha y estable durante toda la operación.
Esa ventana de potencial decide qué reacción ocurre. Por encima del potencial de reducción del cobre (Cu2+/Cu0), el sistema solo retiene iones de forma electrostática, sin que se deposite metal sobre el electrodo. Al desplazar la ventana de potencial por debajo de ese umbral, se activa la electrodeposición selectiva del cobre, mientras el sistema sigue desalinizando en paralelo. Esta capacidad de activar o desactivar reacciones redox sin frenar el flujo de iones distingue al EIP de la electrodiálisis. El resultado es un mismo equipo que separa sales y metales según el voltaje aplicado, sin cambiar de tecnología ni añadir reactivos.
El voltaje decide si el metal se deposita o pasa
Esta arquitectura no es del todo nueva. El mismo equipo presentó el EIP en 2024, con conmutación de circuito para lograr un flujo de iones unidireccional y una desalación pseudo-continua (Xu et al., Nature Water, 2024, DOI: 10.1038/s44221-024-00312-8). Un trabajo posterior, de 2025, eliminó los electrodos terminales mediante una configuración en anillo, facilitando aún más el escalado del sistema (Xu et al., Nature Chemical Engineering, 2025). La novedad de este trabajo de 2026 está en añadir la selectividad redox a esa arquitectura ya validada. El resultado combina una plataforma ya probada con una capacidad nueva: separar metales sin dejar de desalinizar.
Control del potencial: separar cobre y níquel sin reactivos
El cobre se reduce antes que el níquel. El cobre tiene un potencial de reducción estándar (Cu2+/Cu0) menos negativo que el del níquel (Ni2+/Ni0), por lo que se deposita a un voltaje distinto. El sodio no se reduce en estas condiciones, así que siempre circula de forma capacitiva, como parte de la sal disuelta. Esa diferencia entre metales es la que permite situar la ventana de trabajo entre ambos potenciales de reducción. Dentro de esa ventana, solo el cobre se deposita sobre el electrodo, mientras el níquel y el sodio permanecen disueltos en el agua.
Un apilamiento de cinco electrodos separó cobre y níquel. Los investigadores probaron un apilamiento asimétrico de cinco electrodos con una mezcla de cobre, níquel y sodio, más parecida al agua residual industrial real. Al situar la ventana de potencial entre los potenciales de reducción del cobre y del níquel, el sistema logró capturar selectivamente el cobre. El resto de los iones, incluido el níquel, continuó su recorrido a través del sistema. Esta selectividad es clave para el sector, porque permite recuperar un metal concreto sin arrastrar otros elementos disueltos en la corriente.
Cinco electrodos, un solo cobre capturado sin reactivos
Resultados en laboratorio, limitaciones y posibles aplicaciones en EDAR e industria
Los ensayos se hicieron con aguas residuales sintéticas. En una primera mezcla sencilla, la plataforma eliminó alrededor del 90% de las sales mientras capturaba prácticamente todo el cobre presente. En la mezcla más compleja, con cobre, níquel y sodio, el sistema alcanzó un 85% de eliminación de sales tras cuatro horas de funcionamiento. Los autores reportan una recuperación superior al 92% de cobre y níquel, con el cobre obtenido con una pureza del 96% respecto al níquel. Estas cifras corresponden a ensayos de laboratorio con soluciones sintéticas, no a agua residual real ni a escala industrial.
La escala comercial todavía necesita validación adicional. El estudio se presenta como una demostración de concepto, centrada en el control del potencial del electrodo. Quedan por resolver el consumo energético a mayor escala, el ensuciamiento de los electrodos y el comportamiento con aguas residuales reales. Si estos retos se superan, la tecnología podría aplicarse en reciclaje electrónico, galvanizado, minería y fabricación de componentes para baterías. Para EDAR e industrias del sector del agua, el interés está en recuperar metales valiosos de corrientes que hoy se tratan solo como residuo.
La validación a escala industrial todavía está pendiente
Conclusión
El EIP abre una vía de recuperación de metales. El bombeo electroquímico de iones plantea una alternativa a los procesos separados de desalación y precipitación química. Al controlar el potencial del electrodo, el sistema desaliniza y recupera metales valiosos en un único proceso continuo. Los resultados, publicados en Nature Water, corresponden a laboratorio y todavía deben validarse en agua residual real y a mayor escala. Para el sector del tratamiento de aguas, el enfoque merece seguimiento, especialmente en industrias donde sal y metales pesados aparecen mezclados en la misma corriente.
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