A medida que aumentan las temperaturas de verano, el espectro de la escasez de agua se hace cada vez mayor. Como posible solución para aumentar la disponibilidad de agua potable limpia, los científicos del Instituto Indio de Ciencias (IISc) han desarrollado un novedoso sistema de desalinización térmica que puede funcionar con energía solar.
Los métodos de desalinización más comunes son la ósmosis inversa de membrana y la desalinización térmica. Sin embargo, ambos consumen mucha energía.
Los sistemas de desalinización térmica funcionan calentando agua salada y luego condensando el vapor resultante para producir agua dulce. Pero la energía necesaria para la evaporación suele obtenerse de la electricidad o de la quema de combustibles fósiles. Una alternativa amigable con el medio ambiente es el uso de alambiques solares, donde la energía solar se utiliza para evaporar el agua salada en grandes tanques y recolectar el vapor, que se condensa en un techo transparente. Sin embargo, a medida que se forma condensación en el techo, se forma una fina película de agua, lo que reduce la cantidad de energía solar que puede penetrar en el tanque y, por lo tanto, la eficiencia del sistema.
Como alternativa a tales destiladores fotovoltaicos, el equipo de IISc ha desarrollado un diseño novedoso de unidad de desalinización alimentada por energía solar que es más eficiente energéticamente, económica y portátil, lo que facilita su instalación en áreas con acceso limitado a electricidad continua, explica Susmita Dash. , profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica y autor correspondiente del estudio publicado en Desalinización.
Configuración diseñada por Dash y Ph.D. estudiante Nabajit Deka, consta de un tanque de agua salada, un evaporador y un condensador encerrados en una cámara de aislamiento para evitar la pérdida de calor al aire circundante.
Su sistema funciona mediante el uso de energía solar para evaporar una pequeña cantidad de agua reabsorbida o “malvada” en el evaporador, que tiene una superficie texturizada. La succión de líquido en el evaporador utiliza el efecto capilar de las texturas a microescala. Este efecto permite que el líquido entre en los espacios estrechos del material poroso, similar a la absorción de agua por una esponja. El uso de este enfoque, en lugar de calentar todo el volumen de líquido en el tanque, da como resultado una mejora significativa en la eficiencia energética del sistema, dice Dash.
El equipo grabó pequeñas ranuras en la superficie del evaporador, que está hecho de aluminio. Deka explica que tuvieron que experimentar con diferentes combinaciones de dimensiones y espaciado de surcos, así como con la rugosidad de la superficie, para determinar el patrón adecuado para una absorción eficaz.
Según los investigadores, el condensador, que a menudo se pasa por alto en la mayoría de los estudios de desalinización, es otro componente clave del sistema de desalinización solar. Para evitar la formación de una película de agua durante la condensación, como en los alambiques solares, Dash y Deka fabricaron un condensador con superficies hidrofílicas y superhidrofílicas alternas. Las gotas de agua que se condensan en patrones hidrofílicos son atraídas hacia la región superhidrofílica. Es la afinidad del agua condensada por la región superhidrofílica lo que permite que la superficie hidrofílica se libere para un nuevo lote de condensado, explica Dash.
Durante la condensación, parte del calor se escapa a la atmósfera. Los investigadores diseñaron el sistema para que el calor liberado durante la condensación también sea capturado y utilizado para calentar el agua salada absorbida en otro evaporador en la parte posterior del condensador, reduciendo la cantidad de energía solar necesaria y haciendo que el sistema sea aún más eficiente.
El equipo también conectó con éxito múltiples combinaciones de evaporador-condensador en serie, lo que dio como resultado un sistema de desalinización solar de varias etapas. Este sistema, si se construye sobre un área de 1 m2es capaz de producir un litro de agua potable cada 30 minutos, al menos el doble que un destilador solar tradicional del mismo tamaño.
Además del agua de mar, el sistema también puede funcionar con agua subterránea que contenga sales disueltas y agua salobre. Se puede ajustar a las posiciones cambiantes del sol a lo largo del día.
Los científicos están trabajando actualmente para ampliar el sistema y mejorar su durabilidad y aumentar la cantidad de agua potable producida para que pueda usarse para uso doméstico y comercial.
Más información:
Nabajit Deka et al., Sistema de desalinización térmica interfacial multietapa con evaporadores de metal, Desalinización (2023). DOI: 10.1016/j.desal.2023.116576