El desafío del agua potable segura: un novedoso sistema de purificación de agua de bajo costo basado en energía solar

El estudio describe un novedoso sistema portátil de recolección de agua mediante vaporización solar con estructura de polímero tipo origami, capaz de recolectar y purificar agua a un costo muy bajo.

Existe una creciente demanda mundial de agua potable debido al crecimiento demográfico, la industrialización y la contaminación y el agotamiento de los recursos naturales de nuestro planeta . La vaporización solar es una técnica que utiliza la energía solar para purificar el agua mediante la evaporación del agua contaminada , su recondensación y la producción de agua limpia y fresca . Esta técnica es una tecnología verde limpia, renovable y sostenible que tiene el potencial de abordar la escasez mundial de agua potable aprovechando la abundancia de energía solar . La resistencia y eficiencia de un sistema de vaporización solar dependen de su diseño y de la elección de los materiales fototérmicos. Las tecnologías actuales de vaporización solar utilizan materiales costosos y voluminosos, y presentan baja eficiencia y producción limitada. Sigue siendo un desafío mejorar el rendimiento y reducir los costos para diseñar un sistema de vaporización solar ligero y portátil que pueda ser utilizado directamente por las personas.

En un nuevo estudio publicado el 28 de mayo en Advanced Materials, investigadores describen un método novedoso para la vaporización solar mediante el diseño de un sistema portátil de bajo costo y presión controlada para la recolección de agua , capaz de purificarla utilizando la energía de la luz solar . Eligieron un material polimérico fototérmico llamado polipirrol (PPy), que es conductor por naturaleza, conocido por sus propiedades fototérmicas y exhibe una alta eficiencia en la conversión de la luz solar en calor. Inspirado en la rosa, el diseño único de este sistema de vaporización solar está hecho de compuestos de PPy y papel con estructura de origami 3D. Se creó una "rosa de PPy", compuesta por capas de láminas negras con forma de pétalos, mediante el plegado de origami y la polimerización química del PPy. Esta estructura de origami está unida a un tubo de algodón con forma de tallo que recolecta agua cruda/sin tratar de una fuente de agua y la alimenta a la estructura de rosa de PPy colocada en la parte superior. Se utilizó un tubo de algodón y espuma de poliestireno para evitar el contacto directo entre el material PPy y el agua.

Una vez que el agua sin tratar llega a los pétalos, el material PPy de la estructura floral la convierte en vapor, separando naturalmente las impurezas. Posteriormente, el vapor se condensa y se recoge el agua limpia. Los investigadores emplearon una bomba de vacío portátil para trabajar a baja presión, lo que mejoró significativamente la tasa de evaporación y la recolección de agua. Una vez condensada, el recipiente de vidrio compacto y resistente almacena el agua limpia de forma segura.

Los origamis 3D proporcionaron una absorción de luz significativamente mayor y ampliaron las superficies para la evaporación del agua en comparación con un diseño plano 2D convencional. La tasa de evaporación y recolección de agua aumentó un 52 % debido a la disminución de la presión en la cámara. El origami de PPy mejoró la evaporación del agua en un 71 % y también se observaron mayores tasas de recolección de vapor. La eficiencia general del sistema aumentó un 91.5 % con una sola fuente de luz. El sistema se probó con una muestra del río Colorado en Texas, EE. UU. El sistema eliminó la contaminación del agua en forma de metales pesados, bacterias y sales, y redujo la alcalinidad, produciendo agua potable que cumple con los estándares establecidos por la OMS.

El estudio actual describe un diseño racional novedoso de un sistema de recolección de vapor solar portátil de bajo costo con materiales fototérmicos de origami 3D que ofrece tasas mejoradas de evaporación de agua y recolección de vapor. El costo de cada estructura con forma de flor es de menos de 2 centavos y puede producir con éxito 2 litros de agua limpia por hora por metro cuadrado. Este diseño puede ser una inspiración para fabricar modelos únicos de vaporización solar para la producción de agua limpia.

***

{Puede leer el trabajo de investigación original haciendo clic en el enlace DOI que figura a continuación en la lista de fuentes citadas}

Fuentes)

Li, W. y col. 2019. Unisystem portátil de recolección de vapor solar de baja presión con Polypyrrole Origamis. Materiales avanzados. http://doi.org/10.1002/adma.201900720

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