¿El futuro de la desalinización?

La escasez de agua es un problema creciente en todo el mundo. La desalinización del agua de mar es un método establecido para producir agua potable, pero conlleva un enorme coste energético. Por primera vez, los investigadores utilizan nanoestructuras basadas en el flúor para filtrar con éxito la sal del agua. En comparación con los métodos de desalinización actuales, estos nanocanales fluorados funcionan más rápido, requieren menos presión y menos energía y son un filtro más eficaz.

Si alguna vez ha cocinado con una sartén antiadherente recubierta de teflón, probablemente habrá visto cómo los ingredientes húmedos se deslizan fácilmente por ella. Esto sucede porque el componente clave del teflón es el flúor, un elemento ligero que es naturalmente repelente del agua, o hidrofóbico. El teflón también puede utilizarse para revestir tuberías y mejorar el flujo de agua. Este comportamiento llamó la atención del profesor asociado Yoshimitsu Itoh, del Departamento de Química y Biotecnología de la Universidad de Tokio, y de su equipo. Les inspiró a explorar cómo las tuberías o canales hechos de flúor podrían funcionar a una escala muy diferente, la nanoescala.

"Teníamos curiosidad por ver la eficacia de un nanocanal fluorado para filtrar selectivamente diferentes compuestos, en particular, agua y sal. Y, tras realizar algunas complejas simulaciones por ordenador, decidimos que merecía la pena dedicar tiempo y esfuerzo a crear una muestra que funcionara", explica Itoh. "En la actualidad hay dos formas principales de desalinizar el agua: térmicamente, utilizando el calor para evaporar el agua de mar y que se condense como agua pura, o por ósmosis inversa, que utiliza la presión para forzar el agua a través de una membrana que bloquea la sal. Ambos métodos requieren mucha energía, pero nuestras pruebas sugieren que los nanocanales fluorados requieren poca energía y además tienen otras ventajas".

El equipo creó membranas de filtración de prueba sintetizando químicamente anillos de flúor nanoscópicos, que se apilaron e incrustaron en una capa de lípidos por lo demás impermeable, similar a las moléculas orgánicas que componen las paredes celulares. Crearon varias muestras de prueba con nanorings de entre 1 y 2 nanómetros. Como referencia, un cabello humano mide casi 100.000 nanómetros de ancho. Para comprobar la eficacia de sus membranas, Itoh y el equipo midieron la presencia de iones de cloro, uno de los principales componentes de la sal -el otro es el sodio-, a ambos lados de la membrana de prueba.

"Fue muy emocionante ver los resultados de primera mano. El más pequeño de nuestros canales de prueba rechazaba perfectamente las moléculas de sal entrantes, y los canales más grandes también suponían una mejora respecto a otras técnicas de desalinización e incluso a los filtros de nanotubos de carbono de última generación", afirma Itoh. "La verdadera sorpresa para mí fue lo rápido que se produjo el proceso. Nuestra muestra funcionó varios miles de veces más rápido que los dispositivos industriales típicos, y unas 2.400 veces más rápido que los dispositivos experimentales de desalinización basados en nanotubos de carbono."

Como el flúor es eléctricamente negativo, repele los iones negativos, como el cloro de la sal. Pero una ventaja añadida de esta negatividad es que también rompe lo que se conoce como racimos de agua, esencialmente grupos de moléculas de agua poco unidos, para que pasen por los canales más rápidamente. Las membranas de desalinización de agua a base de flúor del equipo son más eficaces, más rápidas, requieren menos energía para funcionar y están hechas para ser también muy sencillas de usar, así que ¿cuál es el truco?

"En la actualidad, la forma en que sintetizamos nuestros materiales es relativamente intensiva en energía; sin embargo, esto es algo que esperamos mejorar en las próximas investigaciones. Además, dada la longevidad de las membranas y su bajo coste operativo, los costes energéticos totales serán mucho menores que con los métodos actuales", afirma Itoh. "Otros pasos que queremos dar son, por supuesto, la ampliación de la escala. Nuestras muestras de prueba eran nanocanales individuales, pero con la ayuda de otros especialistas, esperamos crear una membrana de alrededor de 1 metro de diámetro en varios años. Paralelamente a estas cuestiones de fabricación, también estamos estudiando si podrían utilizarse membranas similares para reducir el dióxido de carbono u otros productos de desecho indeseables liberados por la industria."