Con 1.800 millones de personas en riesgo de quedarse sin agua potable en los próximos años, urge que encontremos formas para producir más agua potable. La clave ahí está en las desaladoras, pero el gran enemigo de estas plantas y sistemas ha sido el enorme consumo energético que necesitan para realizar el proceso. Eso ha ido cambiando los últimos años con las energías renovables y soluciones como desaladoras portátiles o sistemas pasivos.
El MIT quiere llevarlo un paso más allá gracias a un sistema de desalinización solar que no necesita baterías y que sirve para potabilizar 5.000 litros diarios. Y es, precisamente, esa placa solar y el remolque en el que uno de los investigadores está sentado en la imagen que encabeza este artículo.
Revolucionando la desalinización. El Instituto Tecnológico de Massachussetts lleva un tiempo investigando la forma de crear un sistema eficiente de desalinización. La electrodiálisis y la ósmosis inversa son los dos métodos más utilizados para desalinizar el agua. Mediante el primero, se usa un campo eléctrico para extraer los iones de la sal mientras el agua se bombea a través de membranas de intercambio iónico. Para la ósmosis, se utiliza presión para bombear el agua salada a través de una membrana que filtra la sal.
El problema es que ambos necesitan energía constante, algo que no se puede amoldar a los flujos cambiantes de la energía solar o eólica y por eso se necesitaban baterías caras y pesadas para almacenar energía para cuando no hubiera luz solar o viento. Además, el flujo de energía debía ser constante durante el proceso, algo que era imposible sin baterías. Hasta ahora.
El sistema. Hace unos meses, ingenieros del MIT presentaron un sistema de desalinización mediante “electrodiálisis por lotes”, y el nuevo sistema se basa en ese diseño. Se trata de un sistema de electrodiálisis que consta de:
- Bombas de agua.
- Sistema de membrana de intercambio iónico.
- Paneles solares.
Y lo que han ingeniado para eliminar la batería de la ecuación es una red de sensores que monitorizan todas las partes del sistema. Esas lecturas se mandan a un software, que precide la velocidad óptioma a la que bombear agua a través de la membrana de intercambio y la energía que se debe aplicar en ese momento exacto para maximizar la cantidad de sal extraída. El problema del primer sistema es que sólo se podía calcular una vez cada tres minutos y, en ese tiempo, una nube podía pasar y bloquear la luz, interrumpiendo el flujo de energía. El sistema utilizó el 77% de la energía producida por los paneles. Demasiado.
En tiempo real. Desde entonces, han estado trabajando y, como comentan en el estudio que acaban de publicar, se han centrado en reducir el tiempo de respuesta del sistema a una fracción de segundo. Esto permite una respuesta prácticamente en tiempo real que se ajusta en todo momento a los cambios en la luz solar a lo largo del día y, por tanto, no tiene que compensar con fuentes de energía adicionales -las baterías-.
El sistema detecta cuánta energía están produciendo los paneles y, si están produciendo más de la que se está gastando, el ordenador ajusta automáticamente el bombeo para que impuse más agua a través de la membrana de intercambio. Todo va en función de lo que producen los paneles y, en definitiva, el sistema es capaz de leer en tiempo real esa producción y ajustar cada segundo la cantidad de agua salada a bombear.
El sistema de desalinización por electrodiálisis de accionamiento directo, que utiliza un control de corriente controlado por flujo. Los paneles solares absorben la energía del sol y luego la asignan de manera óptima (mostrada en amarillo) a la bomba y a la pila de electrodiálisis, sin necesidad de almacenamiento de energía. El agua salina fluye a través de la bomba hacia la pila de electrodiálisis, donde se desaliniza y se divide en una corriente de agua potable (azul claro) y una corriente de salmuera concentrada (azul oscuro)
Resultados. «En comparación con el diseño tradicional de un sistema de desalinización solar, redujimos la necesidad de batería en casi un 100%», afirma Amos Winter, director del Centro de Ingeniería e Investigación Global K. Lisa Yang del MIT. Del 77% de la energía aprovechada por el sistema anterior del MIT, pasamos a un 94% con el nuevo sistema.
Eso se traduce en hasta 5.000 litros de agua por día a pesar de las oscilaciones climáticas y de la luz solar disponibles en una zona de Nuevo México en el que este sistema lleva operando los seis últimos meses. Y no ha necesitado ni las mencionadas baterías ni una fuente de alimentación complementaria como puede ser la red eléctrica convencional. Además, ese volumen es el necesario para abastecer el consumo diario de una comunidad de unas 3.000 personas.
Atacando las aguas subterráneas. Algo importante a tener en cuenta es que este sistema de desalinización por energía solar está orientado a la desalinización de aguas subterráneas. «La mayoría de la población vive tan lejos de la costa que la desalinización del agua de mar nunca podría llegar a ellos. Por lo tanto, dependen en gran medida de las aguas subterráneas, especialmente en regiones remotas y de bajos ingresos. Y, lamentablemente, estas aguas subterráneas se están volviendo cada vez más salinas debido al cambio climático», afirma Jonathan Bessette, uno de los estudiantes de doctorado en ingeniería mecánica del MIT.
Por eso, «esta tecnología puede llevar agua limpia de forma sostenible y asequible a lugares desatendidos», continúa, debido a que las fuentes de aguas subterráneas salobres son más frecuentes que las aguas subterráneas dulces y, afirman, se trata de una enorme fuente de agua potable potencial sin explotar.
Faltan pruebas. Ahora bien, Bessette se muestra cauto. Aunque los resultados de esta bomba solar son prometedores y ya están demostrando que en zonas con condiciones muy cambiantes pueden suministrar agua potable a una población entera, afirma que «seguimos trabajando diligentemente para continuar desarrollando métodos de desalinización más sustentables y de menor costo».
La idea es seguir probando, maximizar la fiabilidad del sistema y desarrollar una línea de soluciones para proporcionar agua desalinizada utilizando energías renovables en múltiples mercados. ¿Cómo? Mediante una startup que arrancará en los próximos meses y utilizará esta tecnología. Habrá que estar atentos.
Imágenes | MIT
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