Nuevo material solar podría depurar el agua para hacerla potable

Proporcionar agua limpia a los soldados en el campo y a los ciudadanos de todo el mundo es esencial y, sin embargo, uno de los mayores retos del mundo. Ahora, un nuevo material de aluminio súper absorbente y superligero podría cambiar eso.

Con financiación de la Army Research Office, investigadores de la Universidad de Rochester han desarrollado un nuevo panel de aluminio que concentra más eficientemente la energía solar para evaporar y purificar el agua contaminada.

«El Ejército funciona con agua, por lo que existe un interés particular en la investigación de materiales básicos que pudieran conducir a tecnologías avanzadas para la generación de agua potable», dijo el Dr. Evan Runnerstrom, director del programa en ARO.

«Las propiedades combinadas de súper absorbencia y absorción de luz de estas superficies de aluminio pueden permitir la purificación pasiva o de baja potencia del agua en apoyo del combatiente».

Los investigadores han desarrollado una tecnología de procesamiento láser, que convierte el aluminio regular en negro, haciéndolo altamente absorbente, así como súper permeable (hace que el agua suba cuesta arriba contra la gravedad). Luego aplicaron este aluminio para esta purificación solar del agua.

La tecnología presentada en Nature Sustainability, usa una ráfaga de pulsos de láser de femtosegundos (ultrasonidos) para grabar la superficie de una hoja normal de aluminio. Cuando el panel de aluminio se sumerge en agua en un ángulo orientado al sol, dibuja una fina película de agua hacia arriba sobre la superficie del metal. Al mismo tiempo, la superficie ennegrecida retiene casi el 100 por ciento de la energía que absorbe del sol para calentar rápidamente el agua. Por último, las estructuras de la superficie ennegrecida cambian los enlaces intermoleculares del agua, aumentando aún más la eficiencia del proceso de evaporación.

«Estas tres cosas juntas permiten que la tecnología funcione mejor que un dispositivo convencional con una eficiencia del 100 por ciento», dijo el profesor Chunlei Guo, profesor de óptica de la Universidad de Rochester. «Esta es una forma simple, duradera y barata de abordar la crisis mundial del agua, especialmente en las naciones en desarrollo».

Los experimentos realizados en el laboratorio muestran que el método reduce la presencia de todos los contaminantes comunes, como el detergente, los tintes, la orina, los metales pesados y la glicerina, a niveles seguros para la bebida.

Esta tecnología también podría ser útil en los países desarrollados para aliviar la escasez de agua en las zonas afectadas por la sequía y para los proyectos de desalinización de agua, dijo Guo.

El uso de la luz solar para hervir se ha reconocido desde hace mucho tiempo como una forma de eliminar los patógenos microbianos y reducir las muertes por infecciones diarreicas, pero el agua hirviendo no elimina los metales pesados y otros contaminantes.

La purificación del agua con base en la energía solar, sin embargo, puede reducir en gran medida estos contaminantes porque casi todas las impurezas se dejan atrás cuando el agua que se evapora se vuelve gaseosa y luego se condensa y se recoge.

El método más común de evaporación de agua basado en la energía solar es el calentamiento de volúmenes, en el que se calienta un gran volumen de agua, pero sólo la capa superior puede evaporarse. Esto es obviamente ineficiente, dijo Guo, porque sólo se aprovecha una pequeña fracción de la energía de calefacción.

Un enfoque más eficiente, llamado calentamiento interfacial, coloca materiales flotantes de varias capas que absorben y arrastran el agua, de modo que sólo se necesita calentar el agua cercana a la superficie. Pero todos los materiales disponibles tienen que flotar horizontalmente sobre el agua y no pueden mirar directamente al sol. Además, los materiales absorbentes disponibles se obstruyen rápidamente con los contaminantes que quedan después de la evaporación, lo que requiere un reemplazo frecuente de los materiales.

El panel de aluminio que los investigadores desarrollaron evita estas dificultades sacando una fina capa de agua del depósito y directamente sobre la superficie del absorbedor solar para el calentamiento y la evaporación.

«Además, como usamos una superficie de ranuras abiertas, es muy fácil de limpiar simplemente pulverizándola», dijo Guo. «La mayor ventaja es que el ángulo de los paneles se puede ajustar continuamente para que estén directamente de cara al sol cuando sale y luego se mueven a través del cielo antes de ponerse, maximizando la absorción de energía».

Fte. Army.mil