Nueva membrana creada para producir agua dulce
Científicos de Sandia National Laboratories y sus colaboradores han desarrollado una nueva membrana cuya estructura se inspiró en una proteína de algas para electrodiálisis que se puede utilizar para suministrar agua dulce para la agricultura y la producción de energía.
El equipo compartió el diseño de esta membrana en un artículo publicado recientemente en la revista científica Soft Matter. La electrodiálisis utiliza energía eléctrica para eliminar las sales disueltas del agua. Actualmente se usa para capturar sal del agua de mar para producir sal de mesa y para eliminar la sal del agua salobre para producir agua dulce, pero también podría usarse para eliminar la sal de las aguas residuales y proporcionar una nueva fuente de agua dulce.
Investigadores en un reciente hallazgo encontraron que agregar un aminoácido común, llamado fenilalanina, a una membrana de electrodiálisis le permitió capturar y eliminar mejor los iones positivos, como el sodio.
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"La adición de fenilalanina a la membrana de electrodiálisis aumentó la selectividad de iones positivos en una cantidad significativa, para nuestra sorpresa", dijo Susan Rempe, bioingeniera del proyecto.
Asegurar un suministro adecuado de agua dulce es un tema de seguridad nacional, dijo. El agua dulce es esencial para todo, desde beber y cultivar hasta producir energía a partir de centrales nucleares, carbón y gas natural.
Agua limpia con menos electricidad
Actualmente, un método llamado ósmosis inversa se utiliza comercialmente para eliminar la sal del agua de mar o el agua salobre para producir agua dulce, pero tiene varias limitaciones. Una limitación es la necesidad de alta presión para expulsar el agua dulce de una solución cada vez más salada. Según Rempe, la fuerza impulsora de la alta presión es costosa y hace que la membrana se obstruya fácilmente con material no disuelto en el agua.
Cuanto más concentrada sea la solución salina, mayor será el problema. Como resultado, hay pocas opciones para limpiar las aguas residuales saladas. Según el ejemplo de Rempe, el agua producida por fracturación hidráulica para recuperar gas natural, que puede ser diez veces más salado que el agua de mar, suele enterrarse bajo tierra en lugar de devolverse al medio ambiente.
Mimicking mother nature Inspired by an algae protein, Sandia scientists developed a new membrane that removes salt from seawater and wastewater to make fresh water, while using less electricity https://t.co/xXF4RcqKpc pic.twitter.com/TE0rQA7Lnu
— Sandia National Labs (@SandiaLabs) September 27, 2021
La electrodiálisis es un método potencialmente mejor que la ósmosis inversa porque utiliza corriente eléctrica para extraer los iones de sal, dejando atrás agua dulce. Según Rempe, esto requiere menos energía y hace que la membrana sea menos propensa a obstruirse. La electrodiálisis requiere un par de membranas para producir agua dulce: una que captura iones cargados positivamente, como el sodio, y otra que captura iones cargados negativamente, como el cloruro.
En el futuro, a Rempe también le gustaría diseñar una membrana de electrodiálisis que pueda separar iones específicos de valor económico, como los iones de metales de tierras raras. Los metales de tierras raras se utilizan en convertidores catalíticos para automóviles, imanes potentes, baterías recargables y teléfonos móviles, y se extraen principalmente en China.