Energía y medio ambiente

¿Convertir agua de mar en agua potable ayudará a la escasez de agua?

¿Convertir agua de mar en agua potable ayudará a la escasez de agua?

Lo crea o no, pero existe un problema creciente para obtener agua dulce limpia y potable en muchas partes del mundo. A través de una combinación de actividades humanas y cambio climático, muchos predicen que pronto nos sobrevendrá una grave crisis mundial del agua.

Por este motivo, los investigadores buscan soluciones para crear agua dulce de forma artificial. Llamada desalinización, ¿convertir el agua salada, como el agua de mar, en agua dulce podría ser la solución que hemos estado buscando?

¿Qué es la crisis del agua dulce?

Nuestro "Planeta Azul" se llama acertadamente. Con aproximadamente 70% de su superficie cubierta de agua, parecería inexplicable que el agua pudiera considerarse un recurso escaso en muchas partes del mundo que ni siquiera son zonas desérticas.

El problema es que la mayor parte de esta agua es agua de mar, que no es exactamente potable, ya que está literalmente saturada de sal. Del agua de la Tierra, solo alrededor 3% es fresco y seguro para beber.

Pero, solo alrededor 1% del agua dulce disponible es realmente accesible para uso humano. La gran mayoría del resto está encerrado en glaciares, casquetes polares, permafrost o enterrado profundamente en el suelo.

Esto significa que solo alrededor 0.007% del agua de la Tierra está realmente disponible para el uso de nuestra creciente población mundial. Otro problema es que esta agua dulce de fácil acceso no se distribuye uniformemente en todo el mundo.

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Dado que el agua potable es esencial para la vida en la Tierra, no es ideal para lugares que existan en "escasez de agua". Pero también utilizamos el agua para producir alimentos, ropa, construir cosas como computadoras y automóviles, y para el saneamiento, por nombrar solo algunas cosas.

Es vital para todos los aspectos de la vida humana.

The National Geographic explica por qué, "debido a la geografía, el clima, la ingeniería, la regulación y la competencia por los recursos, algunas regiones parecen estar relativamente inundadas de agua dulce, mientras que otras enfrentan sequías y una contaminación debilitante. En gran parte del mundo en desarrollo, el agua limpia es difícil de conseguir o una mercancía que requiere un trabajo laborioso o una cantidad significativa de dinero para obtener ".

Otro problema es que la cantidad de agua dulce en el planeta se ha mantenido relativamente constante durante miles de millones de años.

De hecho, es posible que en algún momento de tu vida hayas ingerido moléculas de agua que también fueron bebidas por los dinosaurios, Julio César u otra figura histórica. Un pensamiento bastante notable.

El aumento de las temperaturas globales en las últimas décadas también parece estar aumentando la probabilidad de eventos climáticos extremos, incluidas sequías en áreas susceptibles del mundo. Para las zonas afectadas, la escasez de agua es un problema muy grave.

Con la población creciendo cada año y el uso excesivo de los suministros de agua ya menguantes para cosas como la agricultura o bienes de consumo desechables, algunas partes del mundo se enfrentan a una "crisis del agua dulce" muy real.

Pero la humanidad no es más que ingeniosa. ¿Podemos utilizar nuestra tecnología para limitar el impacto de esta crisis? ¿Quizás incluso "crear" agua dulce?

Vamos a averiguar.

¿Es seguro beber agua salada del mar?

La respuesta corta es, por supuesto, no. Beber agua salina, como el agua de mar, puede ser mortal para los seres humanos (y muchos otros organismos).

El agua de mar, como estamos más que conscientes, contiene muchas sales. Cuando lo bebe, está tomando tanto agua (que es buena) como estas sales.

Si bien puede consumir con bastante alegría una pequeña cantidad de sal, el contenido en el agua de mar es considerablemente más alto de lo que su cuerpo puede procesar de manera efectiva.

Las células de su cuerpo dependen del cloruro de sodio (sal de mesa), principalmente del contenido de sodio, para mantener los equilibrios y reacciones químicas del cuerpo. Pero demasiado puede ser mortal.

Esto se debe a que sus riñones, específicamente las nefronas, solo pueden producir orina menos salina que el agua de mar. Esto significa que si bebiera exclusivamente agua de mar, se necesitaría más agua para diluir la sal y orinar que el agua que recibió al beberla.

En otras palabras, tendría una pérdida neta de agua. Por esta razón, eventualmente moriría de deshidratación (y se volvería cada vez más sediento con el tiempo) si su única fuente de agua fuera el agua de mar.

Por esta razón, nunca debe beber cantidades importantes de agua de mar.

¿Qué métodos existen para desalar el agua?

Con un porcentaje tan pequeño del agua disponible total de la Tierra como agua dulce, es posible que se pregunte si hay alguna manera de aprovechar la enorme reserva de otras fuentes de agua en la Tierra, como el mar. Resulta que podemos, aunque con gran esfuerzo y gasto.

En la actualidad, existen al menos tres métodos principales de desalación:

  • Desalación térmica (destilación).
  • Desalación eléctrica.
  • Desalación a presión (ósmosis inversa).

Desalación térmica, también conocido como destilación, es con mucho el más antiguo de los tres y, de hecho, se ha utilizado durante miles de años. Se hierve agua salada, luego el vapor se enfría y se condensa como agua dulce, dejando los cristales de sal en el recipiente calentado.

Sin embargo, este método requiere una importante inversión en energía para lograrlo. Los métodos más modernos, según la Universidad de Stanford, "hacen uso de diversas técnicas, como recipientes de baja presión, para reducir la temperatura de ebullición del agua y así reducir la cantidad de energía necesaria para desalinizar".

Esta forma de desalinización se usa ampliamente en lugares como el Medio Oriente, donde los abundantes recursos de hidrocarburos ayudan a reducir el costo del combustible. La desalinización térmica tiende a consistir en tres procesos térmicos principales a gran escala.

Estos son:

  • Destilación flash multietapa (MSF).
  • Destilación multiefecto (MED).
  • Destilación por compresión de vapor (VCD).

También existe otro método térmico; Destilación solar, que se utiliza normalmente para tasas de producción muy pequeñas. También se usa comúnmente para producir sal para comer, colocando agua de mar en piscinas poco profundas y esperando que el agua dulce se evapore naturalmente, dejando sal marina.

Otra forma de eliminar la sal del agua de mar es utilizar una membrana para separar las sales. Esto se puede lograr utilizando corriente eléctrica o presión.

Nuevamente, estos métodos se utilizan principalmente en lugares con abundantes fuentes de energía, como Estados Unidos.

Desalación eléctrica, un ejemplo de desalinización basada en membranas, utiliza corriente eléctrica para separar las moléculas de sal y agua. Con este método, una corriente eléctrica impulsa iones a través de una membrana selectivamente permeable que lleva la sal con ella.

Una membrana selectivamente permeable es aquella que permite que ciertas moléculas la atraviesen con exclusión de otras. Se han creado membranas sintéticas o poliméricas para diversos procesos industriales y de investigación.

Hay dos métodos principales de desalación de membranas eléctricas:

  • Electrodiálisis (DE).
  • Reversión de electrodiálisis (EDR).

Ambos métodos de desalinización requieren diferentes cantidades de energía para lograr, dependiendo del contenido de sal de la fuente de agua. Si bien es adecuado para su uso con concentraciones de sal más bajas, consume demasiada energía para su uso en agua de mar.

Osmosis inversa es otra forma de desalinización que utiliza presión para impulsar el agua a través de una membrana selectivamente permeable. Este proceso, como los demás, separa la sal de la solución.

Aparentemente similar a la desalinización accionada eléctricamente, la cantidad de energía requerida para la ósmosis inversa a gran escala depende del contenido inicial de sal del agua. Para el agua de mar, la energía requerida significa que no es económicamente viable en la mayoría de las situaciones.

Como forma más común de desalinización, podría valer la pena explorar este proceso con más detalle.

¿Qué es la ósmosis inversa y funciona la ósmosis inversa?

Como se mencionó anteriormente, la ósmosis inversa es un proceso de desalinización que utiliza presión para empujar literalmente las moléculas de agua a través de una membrana. A diferencia de la filtración regular (donde ciertas impurezas se excluyen por tamaño), la ósmosis inversa implica la difusión del solvente a través de una membrana que solo permite el paso del agua.

La ósmosis regular implica el movimiento natural de un disolvente desde un área de baja concentración de soluto (alto potencial hídrico) a una alta concentración de soluto (bajo potencial hídrico) hasta que se alcanza el equilibrio. En la ósmosis inversa, como su nombre indica, el agua se extrae de una alta concentración de soluto del agua de alimentación (como el agua de mar) aplicando presión para invertir el flujo natural del disolvente durante la ósmosis.

Aparte de la presión, uno de los componentes principales del proceso de ósmosis inversa es el uso de una membrana selectivamente permeable.

Esta membrana permite que ciertas partículas la atraviesen, principalmente agua, dejando solutos (como la sal) y otros contaminantes. En la ósmosis inversa, se emplea una membrana compuesta de película delgada (TFC o TFM) para este propósito.

Estas membranas se fabrican principalmente para sistemas de purificación y desalinización de agua. También tienen ciertas propiedades que los hacen útiles para su uso en determinadas baterías y pilas de combustible.

Estas membranas se construyen generalmente a partir de dos o más capas de materiales. Desarrolladas por el profesor Sidney Loeb y Srinivasa Sourirajan, las membranas anisotrópicas semipermeables suelen estar hechas de poliamidas.

Este material tiene algunas propiedades muy útiles, incluida su afinidad por el agua y su relativa impermeabilidad a ciertas impurezas disueltas como iones de sal y otras moléculas pequeñas.

En los sistemas típicos de ósmosis inversa, el agua de alimentación, a alta presión, fluye a través de un patrón en espiral concéntrico de membranas que separan alternativamente el agua y los contaminantes antes de recoger el agua en un tubo de agua de producto en el centro. Para una máxima eficiencia, varias unidades de membrana están conectadas en serie.

¿Convertir el agua de mar en agua potable podría ayudar con la escasez de agua?

En resumen, sí. Pero tiene un costo significativo.

Con la disponibilidad cada vez menor de agua dulce de alta calidad, cada vez más comunidades recurren a la desalinización para producir agua potable a partir de agua salobre y salada. Las soluciones existentes están diseñadas para extraer el agua y dejar la mayor parte del contenido de sal.

Las tecnologías actuales tienen ventajas y desventajas según las limitaciones y requisitos específicos del sitio. Si bien algunos métodos son prometedores, se necesita más desarrollo tecnológico para que sea viable para la producción a gran escala de agua dulce.

La Universidad de Texas A & M explica que "la desalinización a pequeña escala de agua salobre mediante destiladores solares es un método prometedor en lugares remotos donde no se dispone de agua de buena calidad para beber y cocinar. Para una implementación más generalizada, los procesos de desalinización necesitan mejoras tecnológicas y más energía eficiencia."

El principal obstáculo es el costo de los procesos, específicamente los requisitos de energía necesarios para producir agua dulce en grandes volúmenes. Por esta razón, las soluciones existentes se utilizan principalmente en regiones que carecen de otros medios de importación de agua dulce, en barcos civiles y militares y en determinadas naves espaciales.

Sin embargo, existen algunos avances interesantes en la reducción del costo del proceso. Hace unos años, por ejemplo, investigadores de la Universidad de Texas, Austin, desarrollaron una alternativa innovadora a los métodos convencionales.

Otra solución prometedora se llama desionización capacitiva y desionización de electrodos de batería. Sin embargo, estas soluciones están lejos de ser comercialmente viables en la actualidad.

Pero no es solo un costo financiero. Las plantas desaladoras existentes también son perjudiciales para el medio ambiente.

La mayoría utiliza directamente el agua de mar como su fuente de agua, que puede matar o dañar a los peces y otras pequeñas criaturas del océano a medida que se alteran los niveles de agua alrededor de la planta. El proceso también tiende a producir desechos altamente salinos que deben eliminarse.

Es por esta razón que la mayoría de las plantas desaladoras utilizan agua salobre en lugar de agua de mar. Las grandes plantas de desalinización también son costosas de construir, por lo general cuestan en algún lugar de la región de cientos de millones una pieza.

Dicho esto, muchas empresas están invirtiendo fuertemente en la tecnología, y algunos lugares, como Israel, ya producen suficiente agua para abastecer a la mitad del país.

Sin embargo, para las regiones con escasez de agua, este tipo de plantas ofrecen un tipo de póliza de seguro para la seguridad hídrica. California, por ejemplo, ya está construyendo una serie de plantas.

Muchos expertos creen que la única forma de hacer viable la desalinización generalizada es incorporar fuentes de energía renovables para alimentarlas. Solo mediante la reducción de los costos de funcionamiento relativos, serán económicamente viables.

Con el aumento de las temperaturas globales y la creciente probabilidad de sequías en muchas partes del mundo, es probable que la desalinización se vuelva más frecuente. Si podemos superar los costos de energía y los costos ambientales del proceso, entonces la desalinización puede convertirse en una parte importante de la solución para resolver la escasez de agua.

Ver el vídeo: EL INVENTO QUE PERMITE CONVERTIR EL AGUA DE MAR, EN AGUA POTABLE EN TAN SOLO!MEDIA HORA! (Octubre 2020).