desalinizar, energía solar
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| Investigadores del MIT han desarrollado un sistema de desalinización alimentado por energía solar que es más eficiente y menos costoso que los métodos anteriores. En este esquema, una capa de agua confinada sobre el aislamiento térmico flotante permite la localización térmica y el rechazo de sal simultáneos. Fuente: MIT. |
El sistema de evaporación solar pasiva podría usarse para limpiar aguas residuales, proporcionar agua potable o esterilizar herramientas médicas en áreas fuera de la red.
Se estima que dos tercios de la humanidad se ven afectados por la escasez de agua, y muchas de esas áreas en el mundo en desarrollo también enfrentan una falta de electricidad confiable. Por lo tanto, los esfuerzos de investigación generalizados se han centrado en formas de desalinizar el agua de mar o el agua salobre utilizando solo el calor solar. Sin embargo, muchos de estos esfuerzos se han topado con problemas de ensuciamiento de los equipos causados por la acumulación de sal, lo que a menudo aumenta la complejidad y los gastos.
Ahora, un equipo de investigadores del MIT y de China ha encontrado una solución al problema de la acumulación de sal y, en el proceso, ha desarrollado un sistema de desalinización que es más eficiente y menos costoso que los métodos anteriores de desalinización solar. El proceso también podría usarse para tratar aguas residuales contaminadas o generar vapor para esterilizar instrumentos médicos, todo sin requerir ninguna fuente de energía que no sea la luz solar.
Los hallazgos se describen en la revista Nature Communications , en un artículo publicado el 14 de febrero de 2022 por el estudiante graduado del MIT Lenan Zhang, el postdoctorado Xiangyu Li, la profesora de ingeniería mecánica Evelyn Wang y otros cuatro.
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| Los investigadores prueban dos configuraciones experimentales al aire libre idénticas colocadas una al lado de la otra. Fuente: MIT. |
Muchos intentos de sistemas de desalinización solar se basan en algún tipo de mecha para extraer el agua salada a través del dispositivo, pero estas mechas son vulnerables a la acumulación de sal y relativamente difíciles de limpiar. En su lugar, el equipo se centró en desarrollar un sistema sin mechas. El resultado es un sistema en capas, con material oscuro en la parte superior para absorber el calor del sol, luego una capa delgada de agua sobre una capa perforada de material, asentada sobre un depósito profundo de agua salada, como un tanque o un estanque.
Después de cuidadosos cálculos y experimentos, los investigadores determinaron el tamaño óptimo de los agujeros perforados en el material perforado, que en sus pruebas estaba hecho de poliuretano. Con 2,5 milímetros de ancho, estos orificios se pueden hacer fácilmente con chorros de agua comúnmente disponibles.
Los orificios son lo suficientemente grandes como para permitir una circulación convectiva natural entre la capa de agua superior más cálida y el depósito más frío que se encuentra debajo. Esa circulación atrae naturalmente la sal de la capa delgada de arriba hacia el cuerpo de agua mucho más grande que se encuentra debajo, donde se diluye bien y deja de ser un problema. Esto permite lograr un alto rendimiento y, al mismo tiempo, evitar esta acumulación de sal.
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| La fotografía de la izquierda muestra la estructura de la capa de agua confinada. A la derecha, una imagen infrarroja muestra la capa de agua confinada bajo la luz solar. La energía térmica se localiza en la capa de agua confinada. Fuente: MIT. |
Gran parte del trabajo en este tipo de desalinización con energía solar se ha centrado en materiales novedosos. Pero en este caso, se usan materiales de muy bajo coste, casi domésticos. La clave fue analizar y comprender el flujo convectivo que impulsa este sistema completamente pasivo.
Este nuevo enfoque "brinda un camino prometedor y eficiente para la desalinización de soluciones de alta salinidad, y podría cambiar las reglas del juego en la desalinización solar de agua. Se requiere más trabajo para la evaluación de este concepto a gran escala.
El agua evaporada desde la parte superior del sistema se puede recolectar en una superficie de condensación, proporcionando agua dulce pura.
El rechazo de la sal al agua que se encuentra debajo también podría causar la pérdida de calor en el proceso, por lo que evitarlo requirió una ingeniería cuidadosa, incluida la fabricación de la capa perforada con un material altamente aislante para mantener el calor concentrado arriba. El calentamiento solar en la parte superior se logra a través de una simple capa de pintura negra.
Hasta ahora, el equipo ha probado el concepto utilizando pequeños dispositivos de sobremesa, por lo que el próximo paso será comenzar a escalar hacia dispositivos que podrían tener aplicaciones prácticas. Según sus cálculos, un sistema con solo 1 metro cuadrado (alrededor de una yarda cuadrada) de área de recolección debería ser suficiente para satisfacer las necesidades diarias de agua potable de una familia.
El trabajo necesario para traducir esta prueba de concepto a escala de laboratorio en dispositivos comerciales viables y para mejorar la tasa general de producción de agua debería ser posible en unos pocos años. Es probable que las primeras aplicaciones sean el suministro de agua segura en lugares remotos fuera de la red, o para el alivio de desastres después de huracanes, terremotos u otras interrupciones del suministro normal de agua.
Fuente: “Highly efficient and salt rejecting solar evaporation via a wick-free confined water layer” by Lenan Zhang, Xiangyu Li, Yang Zhong, Arny Leroy, Zhenyuan Xu, Lin Zhao and Evelyn N. Wang, 14 February 2022, Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-022-28457-8
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