Tecnología de Polímeros Solares Reduce a la Mitad los Costos de Desalinización

Gran parte del mundo moderno depende de infraestructuras a menudo olvidadas como carreteras, puertos, líneas eléctricas, etc.

Otra infraestructura crítica es el agua, desde la recolección hasta la purificación y tratamiento de aguas residuales. El acceso a agua limpia no solo es importante para la vida cotidiana y el control de la contaminación; también es un recurso vital para la fabricación, los centros de datos, etc.

Desafortunadamente, la inmensa mayoría del agua en la Tierra está atrapada en los océanos o en los glaciares del Ártico y la Antártida, dejando menos del 1 % disponible como agua dulce utilizable.

Fuente: OpenEdu

Por eso, los métodos de desalinización eficientes que no dependen de procesos costosos y que consumen mucha energía podrían ser una gran innovación. No solo podrían ayudar a regiones áridas que actualmente dependen de dichos métodos costosos, sino también podrían generar agua fresca en cualquier costa de la Tierra, donde ya vive el 80 % de la población mundial.

The cumulative contracted desalination capacity has now surpassed 100 millones m³/d, y casi el 60 % de la desalinización se destina al consumo humano, with already 21 000 plantas de desalinización de agua de mar en todo el mundo.

Hacer que esas estaciones sean más eficientes también reduciría el consumo de energía y ayudaría a disminuir las emisiones de carbono, un paso importante ya que el calentamiento global es en sí mismo un factor de desertificación y escasez de agua que hace que la desalinización sea aún más necesaria.

Los investigadores chinos de la Academia de Ciencias de Beijing han desarrollado un nuevo polímero con una nueva arquitectura fototérmica tridimensional (3D) que acelera la evaporación, haciendo que la desalinización impulsada por el sol sea mucho más eficiente, reduciendo el consumo de energía de la evaporación en un 45,7 %. Publicaron sus hallazgos en Advanced Materials¹, bajo el título “Arquitecturas Nano-Fototérmicas 3D Interconectadas y Estabilizadas Permiten la Desalinización Solar Distribuida”.

Desalinización Impulsada por el Sol

Existen muchas formas de eliminar la sal del agua de mar para convertirla en agua dulce bebible. Actualmente, el método de desalinización a gran escala más común utiliza ósmosis inversa, donde bombas de alta presión empujan el agua a través de membranas especializadas con poros microscópicos, separando el agua pura de las sales disueltas.

El problema es que este proceso consume bastante energía y requiere membranas artificiales costosas para realizar la tarea.

Una alternativa son los métodos térmicos, que aprovechan el hecho de que cuando el agua se evapora, deja atrás la sal, y el vapor es agua dulce pura. Sin embargo, este también es un proceso que consume mucha energía.

La mayoría de las áreas áridas son desiertos y se caracterizan por una luz solar intensa, lo que hace que la luz solar sea la fuente lógica para la desalinización.

Por eso, cualquier material que pueda ayudar a que la evaporación ocurra con menos energía puede cambiar radicalmente la economía de la desalinización. Por ejemplo, cubrimos anteriormente cómo el hidrogel puede ayudar a los fotones a crear evaporación independientemente del calor o cómo un proceso de concentración iónica puede usarse para crear una unidad de desalinización portátil que pesaba menos de 10 kilogramos.

Donde el nuevo polímero desarrollado por los investigadores chinos destaca es que combina durabilidad, facilidad de fabricación y pruebas en el mundo real que demostraron su viabilidad económica al producir agua fresca más barata que el agua embotellada y capaz de cultivar cosechas.

Desalinización Impulsada por el Sol a Través de Polímeros

Maximizando la Exposición a la Luz Solar

En teoría, usar la luz solar para la desalinización es el proceso más sencillo, ya que utiliza el calor del Sol para evaporar el agua. En la práctica, la velocidad de evaporación puede depender de muchas variables como el calor ambiental, el área de superficie, la humedad relativa del aire, el movimiento del aire, la presión y la temperatura del agua.

“La evaporación impulsada por el sol es un enfoque prometedor, pero su despliegue práctico a menudo se ve obstaculizado por la dificultad de integrar sinérgicamente el rendimiento, la robustez y la viabilidad económica.”

Cómo el agua se expone al aire y a los rayos del sol puede cambiar radicalmente la velocidad de evaporación y la energía que requiere. Con eso en mente, los investigadores desarrollaron un polímero con estructuras huecas únicas interconectadas que maximizan la evaporación.

Fuente: Advanced Materials

“La estructura contiene cadenas de polímero fuertemente enlazadas con estructuras de cáscara hueca que proporcionan una evaporación récord 8,5 veces mayor que las tasas previamente reportadas para la tecnología.”

Esta estructura maximiza la captura de luz solar, reduciendo la energía requerida para la evaporación. En total, el consumo de energía de la evaporación se redujo drásticamente cuando la absorción de luz solar estuvo cerca del máximo teórico.

“Esta estructura muestra una absorción solar de banda ancha del 90,2 % y reduce el consumo de energía de la evaporación en un 45,7 %.”

Captadores Solares Óptimos de Polímero

El material utilizado fue Ta₂O₅/C (pentóxido de tantalio‑carbono), capaz tanto de absorber la luz solar como de formar fuertes enlaces moleculares de polímero. Su funcionamiento consiste en que las cadenas de polímero de poliéster penetran precisamente la estructura porosa de las nanoesferas, creando una “morfología de nanobosque”.

Fuente: Advanced Materials

El investigador probó varias longitudes de tubos capilares para observar cuál sería la mejor para desencadenar la evaporación. Descubrieron que con la estructura hueca añadida, los capilares PET alcanzaron casi la máxima eficiencia con solo 15 centímetros de longitud.

Fuente: Advanced Materials

Durabilidad y Aplicaciones Comerciales

Después de 30 días en agua de mar, el material seguía sin verse afectado ni por la sal ni por la luz solar, sin daño detectable incluso cuando se observó con microscopía electrónica. Además, no se detectaron radicales libres activos cuando el material se expuso a la luz, lo que sugiere una durabilidad y fiabilidad potencialmente buenas durante el uso a largo plazo, ya que los radicales son un factor clave en la degradación de los plásticos por la luz solar.

Los investigadores estiman que el material podría durar años en condiciones reales y mantener su rendimiento intacto, un requisito previo para cualquier aplicación a gran escala.

También probaron el potencial para la producción masiva, con un reactor hidrotermal de laboratorio de 20 litros y un horno de túnel de múltiples zonas que produjeron 100 g del material, y el método es fácil de aplicar para lotes mucho más grandes de decenas de kilogramos de material al menos.

Un análisis completo del costo del ciclo de vida indica que después de dos años de operación, el costo de producción de agua caerá por debajo del del agua embotellada disponible comercialmente, demostrando una competitividad económica significativa, al menos para el agua potable en cualquier zona con acceso al mar.

Fuente: Advanced Materials

Probando Prototipos

Los investigadores usaron su material en un dispositivo de desalinización solar de condensación activa de 0,75 m². Produjo más de 20 litros (5,2 galones) de agua fresca bajo luz solar natural, con una calidad que cumple los estándares de bebida de la OMS.

Esta producción es suficiente para satisfacer las necesidades básicas diarias de bebida de aproximadamente diez personas, usando solo luz solar y agua de mar.

Fuente: Advanced Materials

El mismo agua también se probó para ayudar al crecimiento de varios cultivos durante una temporada completa, usando una parcela de demostración de 5 m². Cultivaron espinaca, maíz y col china, ilustrando cómo este sistema podría ayudar a cultivar cosechas en regiones áridas.

Fuente: Advanced Materials

Futuro de la Desalinización

Se podrían realizar más pruebas con este nuevo material para optimizar aún más la producción. Por ejemplo, conjuntos simples de espejos podrían ayudar a calentar el agua y aumentar la evaporación a una tasa aún mayor, mientras cuestan muy poco en materiales adicionales o complejidad de instalación.

De manera similar, maquinaria adicional como ventiladores u otros sistemas de apoyo como añadir presión o reducir la humedad, todos alimentados por paneles fotovoltaicos, también podrían ayudar a aumentar la productividad aún más.

En general, es probable que una combinación de materiales avanzados que aumentan la eficiencia y diseños lo suficientemente simples para escalarse económicamente domine las soluciones de desalinización.

Y las empresas con experiencia en el manejo de agua dulce y plantas de desalinización adoptarán progresivamente estos nuevos diseños y actualizarán sus infraestructuras en consecuencia.

Invertir en Infraestructura Hídrica

Consolidated Water

Consolidated Water (CWCO ) es un proveedor importante de agua dulce para el Caribe y EE. UU. Su especialidad son las plantas de desalinización de agua, con un enfoque en áreas con suministro limitado de agua dulce.

Tiene un total de 11 plantas en operación, generando 27,3 millones de galones de agua dulce al día, así como 97 plantas de tratamiento de agua. Un contrato clave de la empresa está en las Islas Caimán, donde posee una licencia exclusiva de suministro de agua para entregar 6 millones de galones por día.

Fuente: Consolidated Water

La empresa ha ganado recientemente el contrato para un importante proyecto de planta en Hawái, para diseñar, construir, operar y mantener una nueva planta de desalinización por ósmosis inversa de agua de mar en O’ahu. Producirá 1,7 millones de galones de agua potable al día. Será la 24^ª planta de desalinización por ósmosis inversa de agua de mar construida por Consolidated Water, y la primera en EE. UU. Generará 148 millones de dólares en ingresos en los dos primeros años, seguidos de ingresos estables durante los siguientes 24 años, totalizando 204 millones de dólares.

Además de operar plantas de agua, la empresa también es fabricante de equipos de tratamiento de agua a través de AEREX. AEREX fue adquirida en 2020 y ha sido una de varias adquisiciones, proporcionando a la empresa mayor escala y experiencia en su nicho (otras adquisiciones incluyeron Ramey Environmental Compliance -REC y PERC Water Corporation en California).

La empresa tiene ingresos estables provenientes de la producción de agua, y ingresos más variables de los ocasionales grandes proyectos de construcción.

Fuente: Consolidated Water

La empresa ha desarrollado su experiencia en desalinización y en resolver necesidades hídricas urgentes donde no existían soluciones fáciles. La aparición de nuevas tecnologías de desalinización combinada con la creciente escasez de agua debería ayudar a Consolidated Water a adquirir nuevos mercados y hacer crecer sus ingresos en el futuro. Además, un balance sólido debería ayudar en adquisiciones estratégicas y cubrir los gastos de capital e I+D para nuevos proyectos de plantas de agua.

Últimas Noticias y Desarrollos de la Acción de American Water Works (AWK)

Estudio Referenciado

^{1. Dan Yu et al., Arquitecturas Nano-Fototérmicas 3D Interconectadas y Estabilizadas Permiten la Desalinización Solar Distribuida. Advanced Materials. 21 de junio de 2026. https://doi.org/10.1002/adma.73756}