Por Biotech Mag José M. Fernández Rúa.
El nuevo sistema podría desempeñar un papel en el alivio de la escasez de agua potable en partes del mundo donde la electricidad confiable es escasa pero el agua de mar y la luz solar son abundantes. Foto: Freepik
Un sistema de desalinización con energía solar, completamente pasivo, desarrollado por un equipo de investigadores estadounidenses del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y de China es capaz de producir 5,6 litros de agua potable por hora, por cada cuadrado de área de recolección solar.
Estos sistemas, cuyo funcionamiento y diseño se describen en Energy & Environmental Science, potencialmente pueden utilizarse en zonas costeras áridas para proporcionar una fuente de agua eficiente y de bajo costo.
El sistema utiliza múltiples capas de evaporadores y condensadores solares planos, alineados en una matriz vertical y cubiertos con aislamiento de aerogel transparente.
El trabajo lo han realizado los estudiantes de doctorado del MIT Lenan Zhang y Lin Zhao, Zhenyuan Xu, la profesora de ingeniería mecánica Evelyn Wang, entre otros, y Bangjun Li, Chenxi Wang y Ruzhu Wang de la Universidad Jiao Tong, en Shanghai.
Energía de la luz solar convertida en energía de evaporación del agua
Como detallan en su trabajo, la clave para la eficiencia del sistema radica en la forma en que utiliza cada una de las múltiples etapas para desalinizar el agua. En cada una de ellas, el calor liberado por la etapa anterior se aprovecha en lugar de desperdiciarse.
Las pruebas realizadas en la azotea de un edificio del MIT demostraron que un simple dispositivo de desalinización puede producir 5,6 litros de agua potable por hora, por cada metro cuadrado de área de recolección solar. Foto: L. Zhang, L. Zhao, Z. Xu, E. Wang, et. Alabama
De esta manera, el dispositivo de demostración del equipo pudo demostrar una eficiencia general del 385% al convertir la energía de la luz solar en energía de evaporación del agua.
El dispositivo consta, esencialmente, de un alambique solar multicapa, con un conjunto de componentes de evaporación y condensación como los utilizados para destilar licor. Utiliza paneles planos para absorber el calor y luego transferir ese calor a una capa de agua para que comience a evaporarse. Posteriormente el vapor se condensa en el siguiente panel. Ese agua se recoge, mientras que el calor de la condensación de vapor pasa a la siguiente capa.
Cada vez que el vapor se condensa en una superficie, libera calor. En los sistemas de condensadores típicos, ese calor simplemente se pierde en el medio ambiente. Pero en este evaporador multicapa, el calor liberado fluye hacia la siguiente capa de evaporación, reciclando el calor solar y aumentando la eficiencia general.
Desalinización con niveles de eficiencia de hasta 800%
Wang lo explica así: “Cuando condensas agua, liberas energía como calor. Si tienes más de una capa, puedes aprovechar ese calor”.
Lógicamente, añadir más capas incrementa la eficiencia de conversión para producir agua potable, pero cada capa también aumenta costos y volumen al sistema. El equipo multidisciplinar de investigadores se decidió por un sistema de diez etapas para su dispositivo de prueba, que se probó en la azotea de un edificio del MIT.
El sistema suministró agua pura que excedió los estándares de agua potable de la ciudad, a una tasa de 5,78 litros por metro cuadrado de área de recolección solar.
Según Wang, esta cantidad es más del doble de la producida previamente por cualquier sistema de desalinización pasivo con energía solar.
Teóricamente, con más etapas de desalinización y una mayor optimización, estos sistemas podrían alcanzar niveles de eficiencia general de hasta 700 u 800%, en opinión de Zhang.
Materiales económicos
A diferencia de algunos sistemas de desalinización, no hay acumulación de sal o salmueras concentradas para eliminar. En una configuración de flotación libre, cualquier sal que se acumule durante el día simplemente se llevaría de regreso por la noche a través del material absorbente y de vuelta al agua de mar, según los investigadores.
Esta unidad de demostración fue construida principalmente con materiales económicos y fácilmente disponibles, como un absorbente solar negro comercial y toallas de papel como mecha capilar para llevar el agua al contacto con el absorbente solar.
Wang recuerda que, en la mayoría de otros ensayos que se intentaron con sistemas pasivos de desalinización solar, el material absorbente solar y el material absorbente fueron un solo componente, que requiere materiales especializados y costosos. “Ahora hemos podido desacoplarlos”, matiza.
El componente más costoso del prototipo es una capa de aerogel transparente que se usa como aislante en la parte superior de la pila, pero el equipo sugiere que otros aisladores menos caros se podrían usar como alternativa. (El aerogel en sí está hecho de sílice barata, pero requiere un equipo de secado especializado para su fabricación).
Estos científicos teorizan sobre posibles configuraciones, como por ejemplo paneles flotantes en un cuerpo de agua salada, como un embalse. Podrían entregar agua potable de manera constante y pasiva a través de tuberías situadas en la orilla, siempre que el Sol brille todos los días.
Sistema de desalinización para una familia por 100 dólares
Otros sistemas podrían diseñarse para servir a un solo hogar, tal vez usando una pantalla plana en un gran tanque poco profundo de agua de mar que se bombea o transporta.
Así, estiman que un sistema con un área de recolección solar de aproximadamente un metro cuadrado podría cumplir con necesidades diarias de agua potable de una persona. En producción, piensan que un sistema construido para satisfacer las necesidades de una familia podría costar unos 100 dólares (92 euros).
Los investigadores planean más experimentos para continuar optimizando la elección de materiales y configuraciones, y para probar la durabilidad del sistema en condiciones realistas. También trabajarán para traducir el diseño de su dispositivo a escala de laboratorio en algo que sea adecuado para el uso de los consumidores.
La esperanza es que, en última instancia, podría desempeñar un papel en el alivio de la escasez de agua en partes del mundo en desarrollo donde la electricidad confiable es escasa pero el agua de mar y la luz solar son abundantes.
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