• Al grabar el metal con ráfagas ultra cortas de láser, los investigadores de Rochester demuestran una forma de purificar el agua sin desperdiciar energía.

En medio de la pandemia de coronavirus, los habitantes de los países desarrollados tienen asegurados amplios suministros de agua limpia para lavarse las manos tan a menudo como sea necesario para protegerse del virus. Sin embargo, casi un tercio de la población mundial ni siquiera tiene asegurada agua limpia para beber.

Los investigadores de la Universidad de Rochester han encontrado una forma de abordar este problema utilizando la luz solar, un recurso al que todo el mundo puede acceder, para evaporar y purificar el agua contaminada con una eficacia del 100%.

¿Cómo es posible?

Los investigadores del laboratorio de Chunlei Guo, profesor de óptica, demuestran cómo una ráfaga de pulsos de láser de femtosegundo graba la superficie de una hoja normal de aluminio convirtiéndola en un material súper absorbente de agua.

Cuando se coloca el agua en un ángulo orientado al sol, el sistema atrae una fina película de agua hacia arriba sobre la superficie del metal, reteniendo casi el 100 por ciento de la energía que absorbe del sol para calentar rápidamente el agua. Simultáneamente cambia los enlaces intermoleculares del agua, aumentando significativamente la eficiencia del proceso de evaporación.

El uso de la luz solar para hervir se ha reconocido desde hace mucho tiempo como una forma de eliminar los patógenos microbianos y reducir las muertes por infecciones diarreicas. Pero el agua hirviendo no elimina los metales pesados y otros contaminantes.

Los experimentos realizados en el laboratorio muestran que su nuevo método reduce la presencia de todos los contaminantes comunes, como el detergente, los colorantes, la orina, los metales pesados y la glicerina, a niveles seguros para consumo humano.

Purificación de agua con base solar: Buscando un método eficiente, la purificación del agua basada en la energía solar puede reducir enormemente los contaminantes porque casi todas las impurezas se dejan atrás cuando el agua que se evapora se vuelve gaseosa y luego se condensa y recoge.

El método más común de evaporación de agua basada en la energía solar es el calentamiento por volumen, en el que se calienta un gran volumen de agua pero sólo la capa superior puede evaporarse. Esto es ineficiente, dice Guo, porque sólo se utiliza una pequeña fracción de la energía de radiación.

Un enfoque más eficiente, llamado calentamiento interfacial, coloca materiales flotantes de varias capas absorbentes sobre el agua, de modo que sólo el agua cercana a la superficie necesita ser calentada. Pero todos los materiales disponibles tienen que flotar horizontalmente sobre el agua y no pueden mirar directamente al sol. Además, los materiales de absorción disponibles se obstruyen rápidamente con los contaminantes que quedan después de la evaporación, lo que requiere un reemplazo frecuente de los mismos.

El panel desarrollado por el laboratorio Guo evita estas ineficiencias sacando una fina capa de agua del depósito y directamente sobre la superficie del absorbedor solar para su calentamiento y evaporación. «Además, como utilizamos una superficie de ranuras abiertas, es muy fácil de limpiar simplemente rociándola», dice Guo.

«La mayor ventaja», añade, «es que el ángulo de los paneles puede ajustarse continuamente para que estén directamente orientados hacia el sol cuando éste sale y se mueve a través del cielo antes de ponerse» maximizando la absorción de energía.

Guo, que también está afiliado a los programas de física y ciencia de los materiales de la Universidad de Rochester, ha previsto durante mucho tiempo una serie de aplicaciones humanitarias para un método de purificación eficiente basado en la energía solar. «Esta es una forma simple, duradera y barata de abordar la crisis mundial del agua, especialmente en las naciones en desarrollo», dice, señalando que podría ayudar a aliviar la escasez de agua en las zonas afectadas por la sequía y ser útil en los proyectos de desalinización de agua.

El proyecto fue apoyado por la financiación de la Fundación Bill y Melinda Gates, la Fundación Nacional de Ciencias y la Oficina de Investigación del Ejército de los Estados Unidos.

 

Fuente: Universidad de Rochester