La demanda de agua potable crece exponencialmente a nivel global. Con el aumento de la escasez de recursos hídricos, la desalinización del agua de mar se ha convertido en una solución esencial. Sin embargo, el proceso conlleva desafíos técnicos y económicos, especialmente en la eliminación de boro. Un estudio reciente publicado en Nature Water por ingenieros de la Universidad de Michigan y la Universidad Rice presenta una tecnología innovadora que emplea electrodos de carbono para capturar boro de manera eficiente, sin necesidad de productos químicos costosos.
Un problema crítico en la desalinización del agua
El boro en el agua de mar representa un desafío importante. Este elemento, presente de forma natural en el agua de mar, se convierte en un contaminante tóxico cuando no es eliminado adecuadamente en el proceso de desalinización. Su concentración en el agua marina suele ser el doble del límite máximo recomendado por la Organización Mundial de la Salud (OMS) para el agua potable (2,4 mg/L frente al límite de 1 mg/L) y puede superar en hasta 12 veces la tolerancia de muchas especies vegetales en el riego.
Las membranas de ósmosis inversa tienen limitaciones para eliminar boro. Aunque estas membranas son altamente eficientes en la eliminación de sales, no logran retener eficazmente el ácido bórico, la forma neutra en la que el boro se encuentra en el agua de mar. Como solución, las plantas desalinizadoras deben realizar un tratamiento posterior, agregando bases y ácidos para transformar y eliminar este contaminante, lo que incrementa los costes operativos hasta en un 30 % y eleva el consumo energético.
Las membranas de ósmosis inversa requieren tratamientos adicionales para eliminar el boro
Nueva tecnología con electrodos de carbono
Una investigación propone un método innovador para eliminar boro. Ingenieros de la Universidad de Michigan y la Universidad Rice han desarrollado electrodos de carbono que permiten eliminar eficientemente el boro sin necesidad de emplear grandes cantidades de químicos. Esta tecnología, descrita en Nature Water, presenta una solución energéticamente eficiente y escalable para mejorar la calidad del agua potable.
Los electrodos de carbono poseen una estructura optimizada para capturar boro. El sistema desarrollado utiliza un cátodo compuesto por carbono activado con grupos funcionales oxigenados, lo que le otorga una alta selectividad hacia el boro en su forma iónica. Su diseño permite un área de superficie ampliada y una distribución homogénea de los sitios de adsorción, maximizando la eficiencia del proceso. Además, la baja resistividad del material empleado reduce la pérdida de energía durante la operación, mejorando el rendimiento general del sistema.
Los electrodos de carbono capturan boro con alta selectividad gracias a su superficie optimizada y baja resistividad
El proceso de eliminación del boro se basa en una reacción electroquímica controlada. A medida que se aplica un potencial eléctrico, los electrodos generan hidroxilos que transforman el ácido bórico en un ión cargado negativamente. Este ión es entonces atraído por los sitios activos en el cátodo de carbono, donde queda retenido de manera eficiente. Una vez saturados los electrodos, el boro puede ser liberado y concentrado mediante un proceso de regeneración, permitiendo su reutilización o disposición controlada. Este enfoque minimiza el uso de reactivos químicos y reduce el impacto ambiental del proceso.
Reducción de costes y sostenibilidad ambiental
Esta innovación disminuye significativamente los costes operativos. Se estima que las plantas desalinizadoras podrían reducir sus costes hasta en un 15 %, lo que equivale a un ahorro aproximado de 20 centavos de dólar por cada metro cúbico de agua tratada. Considerando que en 2019 la capacidad global de desalinización alcanzó los 95 millones de metros cúbicos por día, la aplicación masiva de esta tecnología podría representar un ahorro anual de hasta 6.900 millones de dólares.
El impacto ambiental del proceso también se reduce considerablemente. La disminución del uso de productos químicos en el tratamiento del agua no solo reduce la huella de carbono, sino que también minimiza la generación de residuos asociados a estos tratamientos. Además, el mismo principio de captura electroquímica podría adaptarse a la eliminación de otros contaminantes como el arsénico, ampliando su aplicabilidad en el sector del tratamiento de aguas.
La reducción de químicos minimiza la huella de carbono y amplía la eliminación de contaminantes
Conclusión
El futuro de la desalinización pasa por soluciones eficientes y sostenibles. La incorporación de electrodos de carbono en plantas desalinizadoras representa un avance clave en la producción de agua potable más segura y económica. A medida que la demanda de agua dulce aumenta y los recursos hídricos se reducen, tecnologías como esta podrían desempeñar un papel crucial en la gestión global del agua. La innovación en el tratamiento de agua sigue siendo un factor determinante para garantizar el acceso a este recurso esencial en las próximas décadas.
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