Noticias

Noticias sobre Aguas Residuales

Desalinización ecológica: Nuevas membranas podrían ayudar a eliminar los residuos de salmuera


15/05/2025

I+D+i
Desalinización ecológica: Nuevas membranas podrían ayudar a eliminar los residuos de salmuera

 

  • Artículo original de Michigan Engineering, traducido y adaptado por Waterxpert
 
El desarrollo de membranas densamente cargadas permite superar los límites actuales de salinidad en procesos de separación iónica, facilitando la cristalización de sales marinas y la recuperación de minerales de interés a partir del rechazo de desalinización.
 
Las plantas desalinizadoras, fuente importante y en crecimiento de agua dulce en regiones áridas, podrían generar menos residuos dañinos utilizando electricidad y nuevas membranas desarrolladas en la Universidad de Michigan.
 

Detalles del estudio

 
Estas membranas avanzadas permitirían a las plantas minimizar o incluso eliminar el vertido de salmuera, subproducto generado durante el proceso de ósmosis inversa o tecnologías afines. Actualmente, la salmuera líquida se almacena en estanques de evaporación hasta su concentración por secado solar, con la consiguiente acumulación de sal sólida o salmuera concentrada para tratamiento posterior. Este método implica largos tiempos de residencia y riesgos de infiltración y contaminación de acuíferos.
 
Además, el requerimiento de superficie es significativo: por cada litro de agua dulce producido, se generan aproximadamente 1,5 litros de salmuera. Se estima que a nivel global se generan más de 140 mil millones de litros diarios de efluente salino. En contextos donde no hay espacio disponible para lagunas de evaporación, las plantas recurren a la inyección subterránea o vertido marino, generando impactos negativos sobre los ecosistemas acuáticos debido al aumento localizado de la salinidad.
 
 
 
“El sector de la desalinización demanda con urgencia soluciones tecnológicas más sostenibles”, afirmó Jovan Kamcev, profesor asistente de Ingeniería Química y autor correspondiente del artículo publicado en Nature Chemical Engineering. “Nuestra tecnología permite reducir residuos salinos y consumo energético, avanzando hacia una operación más sustentable”.
 
La solución propuesta busca aumentar la concentración de sales hasta niveles que permitan la cristalización directa en reactores industriales, evitando el uso de lagunas de evaporación extensas. El agua separada puede destinarse a usos potable o agrícola, mientras que las sales sólidas pueden valorizarse. Cabe destacar que el agua de mar no solo contiene cloruro de sodio, sino también metales críticos como litio, magnesio y potasio.
 
Actualmente, las alternativas convencionales para concentrar salmuera incluyen procesos térmicos (evaporación forzada) y ósmosis inversa en múltiples etapas, ambas con elevados requerimientos energéticos y limitaciones operativas a altas salinidades. En este contexto, la electrodiálisis se presenta como una alternativa prometedora porque opera eficientemente a altas concentraciones salinas y requiere relativamente poca energía. El proceso utiliza electricidad para concentrar las sales, las cuales se encuentran en el agua en forma de átomos y moléculas cargadas, denominadas iones.
 
 
 
Así es como funciona el proceso: el agua fluye a través de múltiples canales separados por membranas, y cada membrana tiene una carga eléctrica opuesta a la de sus vecinas. Todo el conjunto está flanqueado por un par de electrodos. Los iones positivos de la sal se desplazan hacia el electrodo con carga negativa, pero son detenidos por una membrana con carga positiva. De manera similar, los iones negativos se mueven hacia el electrodo positivo, siendo bloqueados por una membrana con carga negativa. Esto genera dos tipos de canales: unos por los que los iones positivos y negativos se alejan (canales de dilución), y otros en los que los iones se acumulan (canales de concentración), dando lugar a corrientes separadas de agua purificada y salmuera concentrada.
 
Sin embargo, la electrodiálisis presenta sus propios límites en cuanto a salinidad. A medida que aumenta la concentración salina, los iones comienzan a atravesar las membranas de electrodiálisis. Si bien existen en el mercado membranas con alta resistencia al paso de iones (baja permeabilidad iónica), estas tienden a transportar los iones demasiado lentamente, lo que vuelve inviables los requerimientos energéticos para tratar salmueras con una salinidad superior a seis veces la del agua de mar promedio.
 
El equipo de investigación logró superar esta limitación mediante el diseño de membranas con una densidad sin precedentes de grupos funcionales cargados, aumentando tanto la exclusión iónica como la conductividad. Esto permite transportar una mayor carga iónica con un menor consumo energético. Las nuevas membranas alcanzan una conductividad diez veces superior a las membranas comercialmente disponibles, que presentan baja permeabilidad iónica.
 
La alta densidad de carga normalmente atrae una gran cantidad de moléculas de agua, lo que limita la cantidad de carga que puede incorporarse en las membranas convencionales de electrodiálisis. Al absorber agua, las membranas se hinchan y la densidad de carga se diluye. En las nuevas membranas, conectores fabricados a base de carbono evitan la hinchazón al fijar entre sí las moléculas cargadas.
 
 
 
El grado de restricción puede ajustarse para controlar tanto la permeabilidad iónica (fugas) como la conductividad de las membranas. Permitir cierto nivel de permeabilidad puede aumentar la conductividad por encima de la alcanzada por las membranas comerciales actuales. Los investigadores esperan que la capacidad de personalización de estas membranas facilite su implementación.
 
“No existe una única membrana adecuada para todos los fines, pero nuestro estudio demuestra una amplia gama de opciones disponibles”, afirmó David Kitto, investigador posdoctoral en ingeniería química y primer autor del estudio. “El agua es un recurso fundamental, por lo que sería extraordinario contribuir a que la desalinización sea una solución sostenible frente a la crisis hídrica global.”
 
La investigación fue financiada por el Departamento de Energía de los Estados Unidos y utilizó instalaciones de rayos X respaldadas por la Fundación Nacional de Ciencia (NSF) en el Centro de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Pensilvania.
 
El equipo presentó una solicitud de patente con el apoyo de U-M Innovation Partnerships.
 

Fuente waterxpert.com


Publicidad

Deja tu comentario

Comentarios Publicar comentario

No hay comentarios publicados hasta la fecha.