Un equipo interdisciplinar de científicos del Instituto de Física del Estado Sólido y de los Institutos de Ciencias Físicas de Hefei, de la Academia de Ciencias de China, ha diseñado y desarrollado un innovador colector de corriente de espuma tridimensional 3D para desalar el agua del mar.
Como recuerdan los investigadores en este trabajo, publicado en Water Research, la técnica de desalinización capacitiva de electrodos de flujo (FCDI), como tecnología novedosa de tratamiento de agua, ha atraído una gran atención para la desalinización de agua de mar.
El dispositivo FCDI tradicional sufre una capacidad de transferencia de carga baja y una tasa de eliminación de sal insuficiente. Por lo tanto, existe una demanda imperativa para explorar un nuevo colector de corriente para mejorar la capacidad de transferencia de carga y la distribución del campo eléctrico del dispositivo FCDI.
El método eléctrico tridimensional (3D) se ha considerado como una solución eficaz para ampliar la capacidad de transferencia de carga del dispositivo FCDI para el tratamiento de agua salina. Entre otras propiedades, aumenta la relación superficie-cuerpo de las cámaras de electrodos de flujo, lo que podría promover en gran medida el área de transferencia de carga y la distribución del campo eléctrico.
Estos investigadores propusieron una espuma de níquel recubierta de carbono 3D, para reemplazar la malla de titanio y la placa de grafito como nuevo colector de corriente para mejorar el rendimiento de desalinización en el dispositivo FCDI.
Desalar agua del mar con mayor rendimiento
El colector de corriente de espuma 3D sirvió como conductor de carga. Su estructura intrínseca de poros abiertos interconectados en 3D se utilizó como canal de flujo para expandir el área de transferencia de carga y la distribución del campo eléctrico entre el colector de corriente y la suspensión de carbono.
Los investigadores simularon el campo eléctrico y el campo de flujo de la suspensión de carbono en diferentes tamaños de poro de espuma 3D y modelos de malla de titanio 2D en el campo eléctrico tridimensional y simulaciones de dinámica de fluidos computacional.
Así, descubrieron que el área de transferencia de carga del colector de corriente de espuma 3D era significativamente mayor que la del colector de corriente planar 2D, lo que podría permitir cargar más partículas de CA de manera efectiva y mejorar la capacidad de transferencia de carga y el rendimiento de desalinización de FCDI.
Además, las mediciones electroquímicas demostraron que la resistencia a la transferencia de carga se redujo de forma evidente. Se amplió la superficie electroquímicamente activa del colector de corriente de espuma 3D. Y mostró una excelente eficiencia de eliminación de sal.
Concluyen que su novedoso colector de corriente con estructura de espuma 3D proporciona una nueva estrategia para mejorar la capacidad de transferencia de carga y la eficiencia general de desalinización del dispositivo FCDI.
La desalinización es el proceso por el cual se eliminan las sales minerales disueltas en el agua. En la actualidad, dicho proceso para desalar, aplicado al agua del mar, es uno de los más usados para obtener agua dulce para el consumo humano o agrícola.
España, cuarto país en el ‘ranking’ mundial de desalinización
La desalinización se produce de forma natural durante el ciclo del agua: la evaporación del mar deja detrás la sal y forma nubes que dan lugar a la lluvia. Iberdrola recuerda que Aristóteles observó que el agua de mar evaporada y condensada se volvía dulce, y Da Vinci comprendió que era fácil obtenerla usando un alambique.
Durante los siglos posteriores, la desalinización se usó sobre todo en barcos y submarinos para proveer de agua dulce a la tripulación durante largas travesías. Sin embargo, este proceso no estuvo disponible a gran escala hasta la revolución industrial y, sobre todo, hasta el desarrollo de las plantas desalinizadoras.
Según el último estudio realizado por investigadores del Instituto para el Agua, el Medio Ambiente y la Salud de la Universidad de Naciones Unidas (UNU-INWE), en todo el mundo están operativas unas 16.000 plantas de desalinización -repartidas en 177 países- que, en conjunto, generan unos 95 millones de metros cúbicos al día de agua dulce.
El primero en adoptar este proceso de forma masiva fue Australia, un país muy árido donde la llamada Sequía del Milenio, entre los años 1997 y 2009, causó estragos. Hoy cuenta con plantas en las principales ciudades que operan mediante ósmosis inversa.
Arabia Saudí es el primer país desalinizador por volumen y le sigue Emiratos Árabes Unidos, ambos países son desérticos y muy dependientes de este proceso. Otros países de Oriente próximo, como Kuwait y Qatar, también han apostado por esta técnica. En Estados Unidos, tercero en este particular ranking, existen microplantas de desalinización cerca de casi todas las instalaciones de gas natural, para aprovechar el calor residual.
España sería el cuarto, gracias al empuje de las Islas Canarias y la costa de Alicante y Murcia, donde las antiguas plantas térmicas se están sustituyendo por plantas de desalinización.
