Para resolver el problema del suministro sostenible de agua dulce, los investigadores han desarrollado en los últimos años muchos sistemas solares de desalinización. Sin embargo, una dificultad que se encuentra con frecuencia es la acumulación de sal, que puede obstruir el sistema y afectar las tasas de producción de agua. Para resolver este problema, investigadores del MIT y la Universidad Jiao Tong de Shanghai se inspiraron en un fenómeno natural: cómo las corrientes oceánicas profundas son impulsadas por diferencias en la densidad del agua de mar, un proceso conocido como circulación termohalina.
Los investigadores han desarrollado un nuevo sistema de desalinización impulsado por energía solar que puede producir grandes cantidades de agua potable y utiliza una tecnología inspirada en los océanos para evitar problemas de obstrucción por sal. Cuando se amplíe, el sistema puede proporcionar suficiente agua potable para satisfacer las necesidades diarias de una familia pequeña.
El nuevo sistema de los investigadores mejora su diseño anterior, un concepto similar que consta de múltiples capas llamadas "etapas". Cada etapa contiene un evaporador y un condensador, que utilizan la luz solar para separar pasivamente las sales del agua entrante. Si bien utiliza eficazmente la energía solar para evaporar el agua, puede obstruirse después de unos días debido a la acumulación de sal. Por ello, los investigadores probaron un método de circulación termohalina para aliviar la acumulación de sal.
La unidad de una sola etapa de nuevo diseño parece una caja delgada cubierta con un material oscuro que absorbe el calor del sol. El interior de la caja se divide en partes superior e inferior. El agua fluye por la sección superior y una capa de evaporadores en el techo utiliza el calor del sol para calentar y evaporar el agua en contacto directo con ella. El vapor de agua se transporta a la mitad inferior y la capa de condensador enfría el vapor de agua con aire para convertirlo en agua potable sin sal.
Toda la caja está inclinada y el calor del sol crea vórtices cuando el agua fluye a través de ella. Este movimiento ayuda a poner el agua en contacto con la capa de evaporación superior mientras mantiene la circulación de la sal y previene la precipitación y obstrucción de la sal.
Xu Zhenyuan, uno de los autores correspondientes del estudio, dijo: "Ahora hemos introducido una convección más potente que es similar a la convección a escala de un kilómetro que normalmente vemos en el océano. Cuando el agua de mar se expone al aire, la luz solar hace que el agua de mar se evapore. Una vez que el agua de mar abandona la superficie del mar, la sal permanece. Cuanto mayor es la concentración de sal, más denso es el líquido, y esta agua más pesada fluirá hacia abajo. Al simular este fenómeno a escala de un kilómetro en [una] caja pequeña, podemos Puedes usar esta característica para repeler la sal."
Los investigadores descubrieron que su sistema podía producir agua dulce en ambientes con diferentes concentraciones de sal, desde agua de mar natural hasta agua siete veces más salina. Si se ampliara al tamaño de una maleta pequeña, el sistema podría producir de 4 a 6 litros (1,1 a 1,6 galones) de agua por hora y durar varios años antes de que sea necesario reemplazar piezas, dijeron.
El costo general de operar el sistema será menor que el costo de producir agua del grifo en los Estados Unidos debido a su alta tasa de producción de agua, alto rechazo de sal, larga vida útil y el hecho de que funciona con energía solar y no requiere electricidad, dijeron los investigadores.
Yang Zhong, coautor del informe del estudio, dijo: "Nuestra investigación muestra que este tipo de equipo puede lograr una larga vida útil. Esto significa que, por primera vez, el agua potable producida con luz solar puede ser más barata que el agua del grifo. Esto brinda la posibilidad de que la desalinización solar del agua de mar resuelva problemas prácticos".
La investigación fue publicada en la revista Joule.