La Tierra es el planeta azul. Casi tres cuartas partes de su superficie están cubiertas de agua. Y, sin embargo, buena parte de los seres vivos del planeta (incluidos los seres humanos) pasa sed. Más del 95% del agua de la Tierra es salada y, de la dulce, un 70% está congelada. Lograr potabilizar mares y océanos es clave para el futuro, un reto para el que las nanoestructuras de diversos materiales también podrían ayudarnos.
La Tierra es agua, pero tenemos sed
Casi el 70% de los hogares del planeta cuentan con una fuente de agua corriente y potable. El 90% de la población mundial tiene acceso a agua potable (a mayor o menor distancia). Los números han mejorado mucho en las últimas décadas. Aun así, casi 800 millones de personas no cuentan con una fuente de agua limpia de la que beber.
Según los últimos datos disponibles, de la Organización Mundial de la Salud y The Water Project, casi 320 millones de personas en el África Sub-sahariana no tienen agua potable. En Angola, Guinea Ecuatorial y Papúa Nueva Guinea, más de la mitad de la población no bebe agua limpia.
El problema, fundamentalmente, tiene que ver con las infraestructuras. Faltan pozos, faltan balsas, no hay estaciones de saneamiento ni sistemas de canalización, ni muchos menos existen plantas desalinizadoras capaces de convertir el agua marina en un líquido bebible. Todo esto cuesta dinero que muchos países no tienen. El reto que los nanomateriales están ayudando a conseguir es abaratar el uso de parte de esta tecnología.
Aldedor de una de cada 10 personas no tiene acceso a agua potable / iStock
¿Qué se está haciendo?
Las iniciativas para mejorar el acceso del mundo al agua potable son variadas. Van desde soluciones poco tecnológicas como la elaboración de balsas para recoger el agua de lluvia a la construcción de presas para contener las riadas tras las precipitaciones torrenciales o pozos de barrena.
Otros proyectos requieren un uso más intensivo de la tecnología, como las plantas de saneamiento o las instalaciones de desalinización, un sistema que lleva medio siglo prometiendo ser la solución definitiva, pero que no termina de ser asequible.
España es uno de los países pioneros en las técnicas de desalinización. De hecho, la primera planta europea se instaló en Lanzarote en los años 60. Hoy, es el octavo país en número de plantas desaladoras detrás de Arabia Saudí (donde cuatro de cada cinco litros de agua consumidos son de desalinizadoras), Emiratos Árabes, Libia, Kuwait, Qatar, Estados Unidos y Japón, según los datos de la fundación Aquae.
Así está la tecnología
En la actualidad, existen seis tecnologías en uso para eliminar la sal del agua marina y hacerla potable, aunque se están desarrollando nuevos métodos. Estos son los sistemas que se usan en las cerca de 19.000 plantas desalinizadoras que hay en el mundo, según la Asociación Internacional de Desalinización, IDA.
Planta desalinizadora en Wonthaggi, Australia / Wikimedia Commons
- Ósmosis inversa. Es, de lejos, el método más utilizado. Separado por una membrana, el mismo líquido con concentraciones salinas diferentes tiende a atravesar dicha membrana igualando la concentración a ambos lados, siempre de donde hay menos sales a donde hay más. Así es la ósmosis natural. Para desalinizar el agua, se hace el proceso a la inversa, gastando energía y gran cantidad de agua (se necesita hasta tres veces la cantidad de agua potable producida).
- Desalinización térmica. Se evapora el agua salada, condensándola después en forma de agua dulce. Es un método muy ineficiente en el uso de la energía.
- Destilación. Es parecido al anterior, evaporando y condensando el agua en diferentes etapas mediante el uso de la presión y la temperatura y filtrando las sales mediante membranas.
- Congelación. Se pulveriza agua de mar en una cámara refrigerada en la que se van formando, poco a poco, cristales de agua dulce que se separan del resto del agua salada.
- Evaporación relámpago. El agua salada se introduce, gota a gota, en una cámara a baja presión. El agua se evapora y se condensa, dejando la sal por el camino.
- Electrodiálisis. Consiste en aplicar el método de la electrólisis, para, mediante el paso de una corriente eléctrica a través de una solución iónica, desalinizar el agua.
Membrana de grafeno a escala nanométrica / Wikimedia Commons
Los nanomateriales quieren revolucionar la tecnología actual
Si todas estas tecnologías funcionan a diario, ¿por qué cambiarlas? Porque su uso intensivo de la energía, y por tanto su elevado coste, hace imposible que se implanten a nivel global. Según un artículo en la web de Nature, los nanomateriales tienen el potencial de revolucionar las técnicas actuales y hacerlas accesibles para muchas más personas.
- Membranas de óxido de grafeno. El investigador Rahul Nair y su equipo presentaban, el pasado mes de abril, un estudio que se presume tendrá mucho impacto en la tecnología desaladora. Habían logrado construir una membrana de óxido de grafeno cuyos poros podían controlar a nivel atómico.
Estas membranas, que no se hinchan al contacto con el agua – como sí pasaba con los primeros diseños con este material – permiten tamizar las sales como si de un colador (atómico) se tratase. Así, un simple filtro podría eliminar hasta el 97% de la sal en el agua, sin gasto energético de por medio. - Nanoporos para mejorar la ósmosis inversa. Este otro estudio, publicado el año pasado, se centra más en los procesos de filtrado con nanoestructuras que en el material en sí. Según el investigador Rohit Karnik y sus colaboradores, algunos materiales (no solo el grafeno) permiten ser agujereados a escala atómica, creando así nanoporos artificiales por los que los cristales de sal no pueden pasar.
Aunque prefieren no entrar en las aplicaciones industriales de sus investigaciones, reconocen que la alta durabilidad del material supondría mejoras importantes en el consumo de energía de la ósmosis inversa con respecto a las membranas usadas actualmente. - Nanotubos de carbono para la destilación. Otro de los métodos tradicionales que podría verse mejorado gracias a la nanotecnología es el de la destilación. El trabajo de David Jassby y su equipo, publicado en Nature hace menos de un año, defiende que los nanotubos de carbono pueden mejorar la eficiencia de las membranas utilizadas en las plantas desalinizadoras por destilación.
En la actualidad, este sistema utiliza una membrana y un calentador que eleva la temperatura del agua. La membrana de nanotubos de carbono puede actuar de calentador en sí misma, reduciendo la pérdida de calor y el gasto energético.
Imagen de un nanotube / Wikimedia Commons
Ingeniería, electrónica, comunicaciones, salud, medio ambiente… las aplicaciones de los nanomateriales, materiales sintetizados en laboratorio cuyas unidades miden menos de 100 nanómetros (un cabello humano mide unos 80.000 nanómetros de grosor), solo están empezando a descubrirse. ¿Podrán también poner su (nano) granito de arena para acabar con la sed del planeta?
