El desarrollo de una tecnología económica para desalinizar agua de mar como la desionización capacitiva por el método de electroadsorción podría solucionar la escasez de agua a nivel mundial.
El agua es una fuente limitada de recurso, vital para la existencia de la vida en la tierra y una necesidad para el desarrollo y la sustentabilidad ambiental. Se está convirtiendo en una materia escasa, debido al crecimiento de la población, el cambio en el estilo de vida, su contaminación por intervención humana, el uso ineficiente y los cambios climáticos con eventos extremos como sequías e inundaciones. “Las consecuencias del incremento de la escasez de agua mundial se sentirá en las zonas áridas y semiáridas, en las regiones costeras de rápido crecimiento y en las megaciudades del mundo desarrollado. Los científicos predicen que muchas de estas ciudades ya son o serán incapaces de proveer agua segura, limpia y adecuada para uso sanitario”. (Naciones unidas, 1999).
La disponibilidad del agua no puede ser incrementada empleando fuentes convencionales o reciclándola, por lo que la desalinización del mar ofrece una solución alternativa. La desalinización del agua se ha llevado a cabo desde hace tiempo pero no ha sido ampliamente difundida por sus limitaciones tecnológicas, altos costos de operación, consumo de energía y finalmente por su alto costo unitario cuando se compara con agua convencional. Su aplicación se ha limitado sólo a suministrar agua potable y de alta calidad para fines industriales.
Del total de agua en el planeta el 97.5 % es agua salada y solo 2.5 % es agua dulce, en un futuro la disponibilidad de agua dulce será a partir de agua de mar.
El proceso de desalinización separa la sal del agua a partir de agua salada. El proceso requiere energía para funcionar y puede utilizar un número de diversas tecnologías. Aunque existen métodos solares de desalinización, estos procesos no han alcanzado el mismo nivel del éxito comercial, debido a sus altos costos de operación. Los procesos comercialmente probados para la desalación se basan en métodos térmicos o de membrana.
En el método térmico se imita el ciclo hidrológico, en donde el agua de mar es calentada produciendo vapor de agua, la cual es condensada para formar agua fresca libre de sales. Para hacer esto económicamente, la presión del agua que se desea desalinizar se ajusta para controlar el punto en que hierve. El agua dulce se mineraliza para hacerla conveniente para el consumo humano. Los factores importantes que se consideran para este método de desalinización son la temperatura, la presión y el consumo de energía para llevar a cabo la vaporización del agua.
Por otro lado, en el método de membranas, las membranas tienen la propiedad de diferenciar y separar selectivamente las sales y el agua. A partir de membranas se han desarrollado dos procesos:
a) Electrodiálisis, proceso que emplea el potencial eléctrico para quitar las sales selectivamente a través de una membrana, dejando pasar sólo agua como producto final.
b) Proceso de ósmosis inversa, que actúa por medio de presión permitiendo que el agua dulce se mueva a través de la membrana quedando detrás las sales en la solución de salmuera.
El método de desionización capacitiva (CDI por sus siglas en inglés), es una alternativa a las tecnologías de desalinización de membranas como lo son la ósmosis inversa y la electrodiálisis. La desionización capacitiva es un método de desalinización de baja presión sin membrana y de bajo costo, que básicamente consiste de una celda electroquímica de dos electrodos porosos inmersos en un electrolito (H2O y NaCl), a los cuales se les aplica una diferencia de potencial (1.23 V), generando así un campo eléctrico, similar a los capacitores de doble capa eléctrica, en donde los cationes Na+ son atraídos al electrodo negativo y los aniones Cl- son atraídos al electrodo positivo. El agua producida de esta forma está libre de sales (ver Figura 1).
Fig. 1. Principio de operación de la desionización capacitiva. Tesis de doctorado ASOM, 2012.
Los electrodos empleados en electroadsorción son típicamente preparados a partir de materiales de carbono poroso debido a su gran área superficial y estabilidad química: aerogeles de carbono, carbón activado, tela de carbón activado, carbón gratificado, etc.
En UPAEP se están realizando esta investigación bajo la dirección del Dr. Alfredo Silverio Ordeñana Martínez, Profesor Investigador de la Facultad de Ingeniería Ambiental con materiales de carbono obtenidos a partir de residuos de materia orgánica.
Dr. Alfredo Silverio Ordeñana Martínez
Profesor Investigador
Facultad de Ingeniería Ambiental
UPAEP
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