Nueva técnica de desalinización separa el agua de mar en agua dulce y litio

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desalinización de agua de mar

También podría emplearse en otras aplicaciones, particularmente en la gestión de residuos

Una nueva técnica de desalinización no solo puede convertir el agua de mar en deliciosa agua dulce, sino también recuperar iones de litio para usar en baterías.

Es posible que hayas leído la historia sobre la crisis del agua en Ciudad del Cabo, que amenaza a millones. La ciudad sudafricana no está sola, es una historia desgarradora, pero es solo uno de otros muchos casos que ocurren debido a la mala gestión y el uso insostenible del agua.

La Tierra, el pálido punto azul, parece un paraíso acuático desde el espacio exterior. Suena ridículo que no haya suficiente agua para todos, pero a pesar de cubrir aproximadamente el 70% de la superficie de la Tierra, el agua, particularmente el agua potable, no es tan abundante como se podría pensar. Solo es dulce el 3%.

Debido al crecimiento de la población, el cambio climático y la acción humana, se espera que en 2030 la demanda mundial de agua dulce exceda el suministro en un 40%, según un informe de la ONU. Ahora mismo más de mil millones de personas carecen de acceso a agua potable y otras 2,7 mil millones la encuentran escasa durante al menos un mes del año.

Teniendo en cuenta todo esto, no es de extrañar que muchas instituciones y empresas hayan estado experimentando con plantas de desalinización en todo el mundo, particularmente en países vulnerables a las sequías. Algunos de estos proyectos cruzan las fronteras entre la realidad y la ciencia ficción, como The Pipe, una planta desalinizadora de energía solar que podría servir agua potable pura directamente en las principales tuberías de agua de una ciudad de California.

De salada a dulce en un solo paso

Investigadores de la Universidad de Monash, el CSIRO y la Universidad de Texas en Austin creen que tienen una solución más eficiente. En lugar de depender de la energía externa para accionar bombas de ósmosis inversa, el equipo está experimentando con una técnica de desalinización más pasiva.

Desarrollaron una membrana basada en materiales marco organometálicos (MOFs por sus siglas en inglés) inspirada en la "selectividad iónica" de las membranas celulares biológicas. Ellos diseñaron su membrana de forma tal que los MOFs solo deshidratan iones específicos que pasan pasivamente, sin forzar la entrada de agua a la membrana, lo que permite ahorrar energía.

"Podemos usar nuestros hallazgos para abordar los desafíos de la desalinización del agua. En lugar de confiar en los procesos actuales, costosos y que consumen mucha energía, esta investigación abre el potencial para separar los iones de sal del agua de una manera mucho más eficiente en términos de energía y ambientalmente sostenible", dijo en un comunicado Huanting Wang, un profesor de Monash.

La membrana MOF no solo produce agua limpia y potable, sino que también filtra el litio del agua de mar. El litio permanece incrustado dentro de la estructura esponjosa de la membrana, listo para ser recolectado. El litio tiene una gran demanda en la industria de la electrónica, que lo requiere para baterías de iones de litio, del tipo que alimenta todo, desde teléfonos inteligentes hasta automóviles Tesla.

materiales marco organometálicos (MOFs) al microscopio

"Además, esto es solo el comienzo del potencial de este fenómeno. Continuaremos investigando cómo se puede aplicar aún más la selectividad de iones de litio de estas membranas. Los iones de litio son abundantes en el agua de mar, por lo que esto tiene implicaciones para la industria minera que utiliza actualmente tratamientos químicos ineficientes para extraer el litio de rocas y salmueras", agregó Wang.

Los MOFs tienen una gran área de superficie interna, la más grande de cualquier material conocido. Si desplegaras un solo gramo del material, podrías cubrir todo un campo de fútbol. Anteriormente, los investigadores habían explotado la intrincada estructura de los MOFs en esponjas de emisión de carbono, sensores de alta precisión, filtros de agua microbianos e incluso reactores de fotosíntesis artificiales que producen combustibles líquidos literalmente de la nada.

La misma técnica también podría emplearse en otras aplicaciones, particularmente en la gestión de residuos. La industria minera, por ejemplo, depende de las membranas de ósmosis inversa para reducir la contaminación del agua y recuperar valiosos minerales. Del mismo modo, la industria utiliza la ósmosis inversa para filtrar las aguas residuales en procesos como el fracking.

"El agua producida en los yacimientos de shale gas en Texas es rica en litio", dice Benny Freeman, coautor del estudio. "Los conceptos avanzados de separación de materiales como el nuestro podrían convertir este flujo de desperdicios en una oportunidad de recuperación de recursos".

Los hallazgos han sido publicados en Science Advances: Ultrafast selective transport of alkali metal ions in metal organic frameworks with subnanometer pores

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