La luz del sol para resolver la crisis del agua limpia en el mundo

Menos del 3% del agua del mundo es dulce y, debido a las presiones del cambio climático, la contaminación y los patrones demográficos cambiantes, este recurso ya escaso es cada vez más escaso en muchas áreas.

Actualmente, 1.420 millones de personas, incluidos 450 millones de niños, viven en áreas de alta o extremadamente alta vulnerabilidad al agua y se espera que esta cifra aumente en las próximas décadas.

Los investigadores del Future Industries Institute de UniSA han desarrollado un nuevo proceso prometedor que podría eliminar el estrés hídrico de millones de personas, incluidas las que viven en muchas de las comunidades más vulnerables y desfavorecidas del planeta.

Un equipo dirigido por el profesor asociado Haolan Xu ha perfeccionado una técnica para extraer agua dulce del agua de mar, agua salobre o agua contaminada, a través de una evaporación solar altamente eficiente, proporcionando suficiente agua potable diaria para una familia de cuatro con solo un metro cuadrado de manantial. agua.

«En los últimos años, se ha prestado mucha atención al uso de la evaporación solar para crear agua potable fresca, pero las técnicas anteriores han sido demasiado ineficientes para ser útiles en la práctica», dice Assoc Prof Xu.

«Hemos superado estas ineficiencias y nuestra tecnología ahora puede proporcionar suficiente agua dulce para satisfacer muchas necesidades prácticas a una fracción del costo de las tecnologías existentes, como la ósmosis inversa».

En el corazón del sistema hay una estructura fototérmica altamente eficiente que se asienta sobre la superficie de una fuente de agua y convierte la luz solar en calor, enfocando la energía directamente en la superficie para evaporar rápidamente la parte superior del líquido.

Si bien otros investigadores han explorado una tecnología similar, los esfuerzos anteriores se han visto obstaculizados por la pérdida de energía, con el calor que pasa a la fuente de agua y se disipa en el aire de arriba.

«Anteriormente, muchos de los evaporadores fototérmicos experimentales eran básicamente bidimensionales; eran solo una superficie plana y podían perder del 10 al 20 por ciento de su energía solar en el agua y el medio ambiente circundante», dice el Dr. Xu.

«Hemos desarrollado una técnica que no solo evita cualquier pérdida de energía solar, sino que en realidad extrae energía adicional del agua a granel y del entorno circundante, lo que significa que el sistema funciona con una eficiencia del 100% para la entrada solar y absorbe hasta otros 170 % de energía del agua y del medio ambiente «.

En contraste con las estructuras bidimensionales utilizadas por otros investigadores, Assoc Prof Xu y su equipo desarrollaron un evaporador tridimensional en forma de aleta similar a un disipador de calor.

Su diseño aleja el exceso de calor de las superficies superiores del evaporador (es decir, la superficie de evaporación solar), distribuyendo el calor a la superficie de las aletas de evaporación del agua, enfriando así la superficie superior de evaporación y obteniendo cero pérdidas de energía durante la evaporación solar.

Esta técnica de disipador de calor significa que todas las superficies del evaporador permanecen a una temperatura más baja que el agua y el aire circundantes, por lo que la energía adicional fluye desde el ambiente exterior de mayor energía hacia el evaporador de baja energía.

“Somos los primeros investigadores del mundo en extraer energía del agua a granel durante la evaporación solar y usarla para la evaporación, y esto ha ayudado a que nuestro proceso sea lo suficientemente eficiente como para entregar entre 10 y 20 litros de agua dulce por metro cuadrado por día. «

Además de su eficiencia, la practicidad del sistema se ve reforzada por el hecho de que está construido completamente con materiales simples, cotidianos, económicos, sostenibles y fáciles de obtener.

«Uno de los principales objetivos de nuestra investigación era proporcionar aplicaciones prácticas, de modo que los materiales que utilizamos procedieran de la ferretería o del supermercado», dice el Prof. Xu.

«La única excepción son los materiales fototérmicos, pero incluso allí estamos usando un proceso muy simple y económico, y el progreso real que hemos logrado es con el diseño del sistema y la optimización del enlace energético, no con los materiales».

Además de ser fácil de construir e implementar, el sistema también es muy fácil de mantener, ya que el diseño de la estructura fototérmica evita la acumulación de sal y otros contaminantes en la superficie del evaporador.

Juntos, el bajo costo y el fácil mantenimiento significan que el sistema desarrollado por Assoc Prof Xu y su equipo podría usarse en situaciones en las que otros sistemas de desalinización y purificación no serían rentables desde el punto de vista financiero y operativo.

«Por ejemplo, en comunidades remotas con poblaciones pequeñas, el costo de infraestructura de sistemas como la ósmosis inversa es simplemente demasiado alto para justificarlo alguna vez, pero nuestra técnica podría proporcionar una alternativa de bajo costo que sería fácil de configurar y básicamente libre de operar. ”, Dice Assoc Prof Xu.

“Además, debido a que es tan simple y prácticamente no requiere mantenimiento, no se necesitan habilidades técnicas para mantenerlo en funcionamiento y los costos de mantenimiento son mínimos.

«Esta tecnología realmente tiene el potencial de proporcionar una solución de agua limpia a largo plazo a las personas y comunidades que no pueden pagar otras opciones, y aquí es donde más se necesitan tales soluciones».

Además de las aplicaciones de agua potable, Assoc Prof Xu dice que su equipo está explorando actualmente una serie de otros usos para la tecnología, incluido el tratamiento de aguas residuales en operaciones industriales.

«Hay muchas formas potenciales de adaptar la misma tecnología, por lo que realmente estamos al comienzo de un viaje muy emocionante», dice.