Un equipo de la Universidad norteamericana de Rochester ha desarrollado un panel solar capaz de desalar agua de mar sin generar salmuera, el residuo líquido que arrastran los sistemas convencionales. La superficie, tratada con láseres de femtosegundo, absorbe casi toda la luz solar incidente y arrastra el agua en una película fina que se evapora dejando las sales en forma sólida. El proyecto, liderado por el profesor Chunlei Guo, plantea una vía distinta a la ósmosis inversa y a la destilación térmica, los dos métodos que hoy dominan la desalinización industrial. El trabajo se ha publicado en Light: Science & Applications y una segunda investigación derivada, centrada en la extracción de litio a partir de las sales residuales, ha aparecido en Journal of Materials Chemistry A. Según Naciones Unidas, 2.200 millones de personas carecen de acceso a agua potable gestionada de forma segura, un dato que sitúa el problema en una escala planetaria y que explica el interés creciente por alternativas de bajo impacto ambiental.
El problema de fondo: la salmuera
La desalinización actual funciona, pero tiene un coste. La ósmosis inversa fuerza el agua a través de membranas semipermeables que retienen la sal; la destilación térmica calienta el agua hasta separarla de los minerales disueltos. Ambas técnicas consumen grandes cantidades de energía y, sobre todo, generan salmuera: un concentrado salino que suele devolverse al mar. Ese vertido eleva la salinidad local y reduce el oxígeno disuelto en el entorno del punto de descarga, lo que perjudica a la fauna marina cercana. El equipo de Rochester describe el sistema en detalle y plantea el problema desde otro ángulo: en lugar de tratar la sal como un residuo que hay que verter, la trata como un producto sólido que se puede recoger y, en algunos casos, aprovechar.
Metal negro superhidrófilo: así funciona el panel
El componente central del sistema es un metal tratado con pulsos láser de femtosegundo, una unidad de tiempo equivalente a una cuatrillonésima de segundo. Ese tratamiento esculpe microestructuras en la superficie que modifican por completo su comportamiento óptico y capilar. El resultado es un material que absorbe casi la totalidad de la radiación solar que recibe y que, además, es superhidrófilo: el agua se extiende sobre él en lugar de formar gotas. Cada panel tiene una región activa, donde se concentra la evaporación, y una región pasiva, sin tratar, hacia la que se empujan las sales a medida que el agua se evapora. Esa separación física entre la zona que evapora y la zona que acumula minerales es la clave que evita que el propio sistema termine bloqueado por sus residuos.
El diseño se apoya en un fenómeno cotidiano conocido como efecto del anillo de café: cuando una gota de café se seca, las partículas en suspensión migran hacia el borde y dejan un cerco oscuro. Guo y su equipo reprodujeron ese comportamiento a escala microscópica para dirigir las sales hacia los bordes del panel en lugar de dejar que se acumulen sobre la zona de evaporación.
Por qué el agua de mar real es un problema distinto
Los sistemas de desalinización solar anteriores solían probarse con agua salina sintética, preparada solo con cloruro de sodio disuelto en agua. Ese compuesto cristaliza formando estructuras porosas y granulares, fáciles de disolver de nuevo y, por tanto, fáciles de limpiar. El agua de mar real es mucho más compleja: además de cloruro de sodio contiene magnesio, calcio y otras sustancias disueltas que cristalizan en depósitos densos y poco porosos, similares a la cal que se acumula en una tetera, pero agravados porque el agua marina contiene cientos de veces más sales disueltas que el agua corriente. Ese tipo de incrustación es precisamente lo que suele inutilizar los prototipos de laboratorio en cuanto se enfrentan a condiciones reales.
Para validar el sistema en ese contexto, el equipo utilizó muestras de agua recogidas en los océanos Pacífico, Atlántico e Índico. Durante las pruebas, la superficie se mantuvo limpia y siguió produciendo agua dulce de forma continua, mientras las sales se desplazaban hacia la región pasiva sin afectar al rendimiento del panel.
El producto: de la placa al residuo convertido en materia prima
El elemento diferencial del proyecto no es solo la eficiencia energética, sino el destino final de la sal. El sistema logra extraer en torno al 100 % de las sales disueltas en forma sólida, sin salmuera líquida que gestionar ni verter. Esa fracción sólida puede emplearse como sal común, pero también puede procesarse para recuperar minerales de mayor valor. El equipo demostró que los mismos paneles superhidrófilos pueden modificarse para aislar litio, incorporando nanopartículas de titanato de hidrógeno en las microestructuras del metal. Con muestras procedentes del Great Salt Lake, en Utah, el equipo recuperó alrededor del 50 % del litio presente en las sales residuales, un porcentaje relevante si se compara con los costes energéticos y ambientales de la minería convencional de este metal, esencial para baterías de litio de vehículos eléctricos, teléfonos y ordenadores portátiles.
Guo resume así el atractivo de este enfoque: extraer litio directamente del agua salada, en lugar de minarlo del subsuelo, podría convertirse en una vía relevante para reducir la huella ambiental de la cadena de suministro de baterías.
Escala de laboratorio, ambición industrial
La investigación se encuentra todavía en fase de prueba de concepto. Los dispositivos ensayados hasta ahora son de tamaño reducido, pensados para validar el principio de funcionamiento antes que para operar a escala de planta desalinizadora. El propio Guo sostiene que el diseño es inherentemente escalable, aunque el salto desde un panel de laboratorio hasta una instalación capaz de abastecer a una población entera implica resolver cuestiones de fabricación en serie, coste del metal tratado por láser y durabilidad frente a la exposición prolongada al sol y a la corrosión marina. El trabajo original contó con financiación de la National Science Foundation, la Fundación Bill y Melinda Gates y la Worldwide Universities Network, lo que indica el interés que despierta esta línea de investigación fuera del propio laboratorio de óptica de Rochester.
Reflexiones finales
Lo interesante de esta propuesta no es únicamente el rendimiento energético del panel, sino el cambio de perspectiva sobre qué hacer con la sal sobrante. Convertir un residuo problemático en un material recuperable, e incluso en una fuente potencial de litio, encaja con una tendencia más amplia en ingeniería de materiales: diseñar procesos que generen el menor número posible de subproductos inútiles. Si el sistema logra escalar manteniendo ratios de recuperación de sal y litio similares a los del laboratorio, podría convertirse en un complemento útil para regiones costeras con escasez de agua y, de paso, aliviar parte de la presión sobre la minería tradicional de minerales críticos. Conviene, eso sí, mantener las expectativas ajustadas al estado actual del desarrollo: entre un prototipo de banco de pruebas y una planta desalinizadora operativa hay un trecho considerable, tanto en ingeniería como en coste por metro cuadrado de panel tratado.
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