La producción de agua limpia a menor costo podría estar en el horizonte después de que investigadores de la Universidad de Texas en Austin y Penn State resolvieran un problema complejo que ha desconcertado a los científicos durante décadas, hasta ahora.
Las membranas de desalinización eliminan la sal y otros productos químicos del agua, un proceso fundamental para la salud de la sociedad, que limpia miles de millones de galones de agua para la agricultura, la producción de energía y la bebida. La idea parece simple: empujar agua salada y sale agua limpiael otro lado, pero contiene complejidades complejas que los científicos aún están tratando de comprender.
El equipo de investigación, en asociación con DuPont Water Solutions, resolvió un aspecto importante de este misterio, abriendo la puerta para reducir los costos de producción de agua limpia. Los investigadores determinaron que las membranas de desalinización son inconsistentes en densidad y distribución de masa, lo que puede frenar surendimiento. La densidad uniforme a nanoescala es la clave para aumentar la cantidad de agua limpia que pueden crear estas membranas.
"Las membranas de ósmosis inversa se utilizan ampliamente para limpiar el agua, pero todavía hay muchas cosas que no sabemos sobre ellas", dijo Manish Kumar, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Civil, Arquitectónica y Ambiental de UT Austin, quien co-dijo la investigación. "Realmente no podemos decir cómo se mueve el agua a través de ellos, por lo que todas las mejoras en los últimos 40 años se han realizado esencialmente en la oscuridad".
Los hallazgos se publicaron hoy en ciencia .
El documento documenta un aumento en la eficiencia en las membranas probadas en un 30% -40%, lo que significa que pueden limpiar más agua mientras usan significativamente menos energía. Eso podría conducir a un mayor acceso a agua limpia y menores facturas de agua para hogares individuales y grandesusuarios por igual.
Las membranas de ósmosis inversa funcionan aplicando presión a la solución de alimentación salada en un lado. Los minerales permanecen allí mientras pasa el agua. Aunque es más eficiente que los procesos de desalinización sin membrana, aún requiere una gran cantidad de energía, dijeron los investigadores., y mejorar la eficiencia de las membranas podría reducir esa carga.
"La gestión del agua dulce se está convirtiendo en un desafío crucial en todo el mundo", dijo Enrique Gómez, profesor de ingeniería química en Penn State, quien codirigió la investigación. "Escasez, sequías - con patrones climáticos cada vez más severos, se esperaeste problema será aún más significativo. Es de vital importancia tener disponibilidad de agua limpia, especialmente en áreas de bajos recursos ".
La National Science Foundation y DuPont, que fabrica numerosos productos de desalinización, financiaron la investigación. Las semillas se plantaron cuando los investigadores de DuPont descubrieron que las membranas más gruesas en realidad demostraban ser más permeables. Esto fue una sorpresa porque el conocimiento convencional era ese grosorreduce la cantidad de agua que podría fluir a través de las membranas.
El equipo se conectó con Dow Water Solutions, que ahora es parte de DuPont, en 2015 en una "cumbre del agua" organizada por Kumar, y estaban ansiosos por resolver este misterio. El equipo de investigación, que también incluye investigadores de la Universidad Estatal de Iowa, desarrolló reconstrucciones en 3D de la estructura de la membrana a nanoescala utilizando microscopios electrónicos de última generación en el Laboratorio de Caracterización de Materiales de Penn State. Ellos modelaron el camino que toma el agua a través de estas membranas para predecir la eficiencia con la que se puede limpiar el agua según la estructura. GregFoss del Texas Advanced Computing Center ayudó a visualizar estas simulaciones, y la mayoría de los cálculos se realizaron en Stampede2, la supercomputadora de TACC.
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Materiales proporcionado por Universidad de Texas en Austin . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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