La escasez de agua es un desafío global creciente. Según el informe mundial sobre recursos hídricos de la ONU en 2024, más de 2.200 millones de personas carecen de acceso seguro a agua potable. Esta realidad subraya la urgencia de desarrollar tecnologías innovadoras y sostenibles de desalinización para asegurar el abastecimiento hídrico, especialmente en regiones costeras y países insulares donde el agua de mar es la fuente más abundante. Ante esta crisis, un equipo de investigadores de la Universidad de Waterloo ha diseñado un dispositivo solar de desalinización que replica los procesos de transporte de agua en la naturaleza, ofreciendo un método eficiente y de bajo mantenimiento para obtener agua potable directamente del mar.
Tecnología inspirada en la naturaleza para la desalinización continua
El innovador evaporador solar SDWE reproduce el sistema natural de transporte de agua en los árboles. Inspirado en la naturaleza, el equipo de Waterloo ha desarrollado un dispositivo con una estructura de doble capa que asegura eficiencia y autolimpieza mediante un sistema de flujo dinámico. La primera capa, hecha de polidopamina, absorbe la energía solar y calienta una capa ultrafina de agua, permitiendo que el agua se evapore mientras los residuos de sal descienden hacia la capa inferior. Esta segunda capa, termoadaptativa, ajusta el flujo de agua según la temperatura, garantizando un funcionamiento continuo sin acumulación de sal en la superficie. Este diseño permite alcanzar una tasa de evaporación de 3.58 kg/m²/h y una eficiencia de conversión solar del 93,9% bajo una irradiación estándar de 1 sol, que equivale a 1 kW/m², representando la intensidad de luz solar en un día soleado al mediodía. Este valor supera ampliamente los sistemas convencionales de desalinización.
La estructura bicapa optimiza la eficiencia y asegura la autolimpieza. Este diseño incluye una espuma de níquel recubierta con polidopamina (PDA) para captar la energía solar y una capa de esporopolenina termoadaptativa (PN10-g-SEC), que responde a variaciones de temperatura de manera precisa. A temperaturas elevadas, la esporopolenina se vuelve hidrofóbica, permitiendo que el agua se desplace solo a través de microcanales. Esto bloquea el flujo en los macrocanales, reduciendo la evaporación de grandes cantidades de agua y optimizando el uso de energía. En ausencia de calor solar, la esporopolenina recupera su carácter hidrofílico, lo que facilita el retorno de agua más salina a la superficie. Este retroceso disuelve la sal acumulada, evitando bloqueos y garantizando una operación constante.
La estructura bicapa maximiza eficiencia y autolimpieza mediante regulación térmica y flujo de agua controlado
Materiales avanzados: una clave para la eficiencia energética
El diseño bicapa optimiza el uso de energía solar. La polidopamina en la superficie del dispositivo es clave para la absorción fototérmica, aprovechando todo el espectro de la radiación solar para convertirla en calor. Esta capa superior absorbe la luz solar con una tasa de eficiencia superior al 93% bajo una irradiación de 1 sol, logrando una temperatura máxima en la superficie de hasta 50°C. Al mismo tiempo, la capa inferior termo-adaptativa ajusta el flujo de agua y disuelve la sal acumulada, funcionando como un “lavado automático” que prolonga la vida útil y reduce los costes de mantenimiento.
La capa de esporopolenina regula el flujo de agua y asegura la autolimpieza del dispositivo. Este material, aplicado en una capa termo-adaptativa de PN10-g-SEC sobre espuma de níquel, responde a cambios de temperatura para controlar un suministro de agua ultrafina y evitar la acumulación de sal. A altas temperaturas, la capa se vuelve superhidrofóbica, redirigiendo el agua a través de microcanales específicos con un diámetro de aproximadamente 520 nm, generados por nanoclusters de polidopamina en la estructura porosa de la espuma. Cuando la temperatura baja, la esporopolenina recupera su estado hidrofílico, permitiendo que el agua salina retorne y disuelva los cristales de sal acumulados en menos de 40 minutos. La estructura hueca de la esporopolenina también mejora la eficiencia térmica, actuando como aislante y evitando la disipación de calor, lo cual optimiza el uso de energía y asegura una operación eficiente y continua en condiciones remotas
La capa de esporopolenina optimiza el flujo de agua y la autolimpieza mediante ajuste térmico
Este avance es fundamental para regiones costeras con estrés hídrico. Las pruebas han demostrado que el SDWE puede operar de manera continua incluso en condiciones de salinidad alta, como el agua del Mar Muerto (10% de sal). En una prueba de 12 horas bajo condiciones naturales de luz solar, el dispositivo logró purificar agua con una tasa de 2.48 L/m²/h. Este rendimiento, sumado a su durabilidad y baja necesidad de mantenimiento, representa un paso adelante en la búsqueda de tecnologías de desalinización sustentables para comunidades costeras.
Conclusión
Esta tecnología de desalinización solar es un paso hacia la seguridad hídrica global. Su capacidad para transformar agua de mar en potable con eficiencia y bajo mantenimiento la convierte en una solución ideal para zonas con escasez de agua dulce. La innovación responde a la urgente necesidad de agua potable y apoya directamente los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU, especialmente el Objetivo 6 (agua limpia y saneamiento). Además, contribuye a los objetivos de energía asequible y acción climática (Objetivos 7 y 13). Implementar esta tecnología en comunidades remotas mejora la calidad de vida y promueve una gestión del agua resiliente. Este avance fomenta el uso responsable de los recursos hídricos en un mundo con crecientes desafíos ambientales y demográficos.
Noticias relacionadas
Investigadores diseñan sensores que permiten detectar toxinas en el agua
Investigadores de la Universidad de Cincinatti diseñan un sensor que detecta toxinas del agua antes de que acceda a la planta de tratamiento
Desinfección de agua contra las bacterias resistentes a antibióticos
Una investigación, analiza la capacidad de desinfección de distintos desinfectantes contra las bacterias resistentes a los antibióticos
Detectar la ingesta de pesticidas a través de las aguas residuales
Una investigación analiza la ingesta de pesticidas en una población residual analizando sus aguas residuales
