La escasez de agua es un problema importante en todo el mundo. «Afecta a todos los continentes», afirma Amir Barati Farimani, profesor adjunto de ingeniería mecánica. «Cuatro mil millones de personas viven en condiciones de grave escasez de agua al menos un mes al año. 500 millones de personas viven bajo una grave escasez de agua todo el año».
Sin embargo, mientras las personas luchan por no tener acceso al agua potable, hay océanos de agua no potable justo delante de sus puertas. «El 71% de la superficie mundial está cubierta por agua de mar», afirma Barati Farimani. «Así que es una contradicción muy interesante».
Para combatir este problema, Barati Farimani ha centrado su investigación en la desalinización del agua. Este es el proceso en el que el agua de mar salada puede transformarse en agua dulce.
Hay muchas formas de desalinizar el agua, pero una de las más eficaces es la desalinización por membrana. En este método, el agua se empuja a través de una fina membrana con pequeños agujeros. El agua fluye a través de los poros, pero los iones salinos no pueden, dejando sólo agua dulce al otro lado.
Fuente: Facultad de Ingeniería
Un marco metal-orgánico (MOF) conductor es un nuevo tipo de membrana para la desalinización del agua.
En su última investigación, Barati Farimani explora el potencial de un nuevo tipo de membrana, llamado marco metal-orgánico (MOF). «Estas membranas están formadas por un centro metálico y un compuesto orgánico», explica Barati Farimani. El compuesto orgánico y el metal se conectan en un patrón pentagonal, dejando un agujero en el centro que sirve de poro. «Si los miras, son como un panal», añade Barati Farimani.
Hay un par de razones por las que el armazón es más eficaz. En primer lugar, es increíblemente fino. Tiene unos pocos átomos de grosor, lo que significa que hay muy poca fricción cuando las moléculas de agua pasan por los poros.
Además, la ubicación de los poros ayuda a la permeabilidad. «Cuando no hay poros adyacentes, hay una enorme presión de la pared sobre las moléculas», dice Barati Farimani. Esto hace que el proceso de desalinización sea menos eficaz. Para entender por qué, basta con imaginar que se vierte agua en un embudo. El agua se mueve más lentamente a través del agujero del final porque es empujada contra las paredes y forzada a través de un pequeño espacio.
El MOF, en cambio, tiene múltiples poros adyacentes. «No hay presión desde el lado de la pared», dice Barati Farimani. «Y eso les da la oportunidad de pasar más fácilmente a través del poro». Imagínese vertiendo agua a través de un colador esta vez: se mueve mucho más rápido, porque tiene múltiples puntos de salida por los que puede escapar.
Por último, el MOF tiene más integridad estructural que otros materiales. En la mayoría de los materiales, los científicos tienen que perforar agujeros diminutos para crear los poros necesarios, lo que limita la cantidad que se puede crear por superficie. «Si quieres hacer muchos poros, el grafeno o el MoS2 no pueden hacerlo», afirma Barati Farimani. «Estructuralmente no pueden mantener la presión».
Pero gracias a su estructura de panal, el MOF es intrínsecamente poroso. Esto permite una mayor relación entre los poros y la superficie. También ahorra tiempo y energía, ya que no es necesario perforar los poros, ni siquiera ajustar su tamaño.
Las diferencias entre el MOF y otras membranas típicas son notables, tanto por la rapidez con la que pasa el agua como por la cantidad de iones que se rechazan. Y eso es sólo mirando una simulación de unos pocos poros. Una planta desalinizadora puede tener miles de millones de poros, lo que aumenta su eficiencia de forma exponencial. «En la escala de una gran operación, sería enorme», dice Barati Farimani. «Incluso un ligero aumento de la eficiencia supondría un gran salto».
Necesitamos proporcionar agua dulce a muchas personas desfavorecidas. Ésa es nuestra misión: hacer que sea tan eficiente energéticamente que tengamos desalinización de agua en todas partes.
Amir Barati Farimani, Profesor Adjunto , Ingeniería Mecánica
El artículo de Barati Farimani sobre su investigación se publicó en Nano Letters, una revista científica mensual revisada por pares y publicada por la Sociedad Química Americana. Se suma a la creciente conversación sobre la desalinización del agua y representa un importante paso adelante en este campo.
Además del mundo académico, Barati Farimani espera que su investigación pueda tener un impacto en la vida de las personas. «Tenemos que proporcionar agua dulce a muchas personas desfavorecidas, como en África u otros lugares», dice. «Básicamente, ésa es nuestra misión: hacer que la energía sea tan eficiente que tengamos desalinización de agua en todas partes».