Menajem Elimelec nunca hizo las paces con la ósmosis inversa. Elimelech, quien fundó el programa de ingeniería ambiental de Yale, es una especie de estrella de rock entre quienes desarrollan sistemas de filtración que convierten el agua de mar o las aguas residuales en agua potable limpia. Y la ósmosis inversa es una estrella de rock entre las tecnologías de filtración: ha dominado la forma en que el mundo desaliniza el agua de mar durante aproximadamente un cuarto de siglo. Sin embargo, nadie sabía realmente cómo funcionaba. Y Elimelec odiaba eso.
Aun así, tenía que enseñar la tecnología a sus alumnos. Durante muchos años, les mostró cómo estimar las altas presiones que empujan las moléculas de agua en el agua de mar a través de una membrana de poliamida plástica, creando agua pura en un lado de la película y dejando una salmuera extra salada en el otro. Pero estos cálculos se basaron en una suposición que molestó a Elimelech y otros ingenieros: que las moléculas de agua se difunden individualmente a través de la membrana. “Esto siempre me molestó. No tiene ningún sentido”, dice.
Esto puede parecer una pregunta de ingeniería arcana, pero el problema de Elimelech con la ósmosis inversa se basa en un problema del mundo real. Más de 3 mil millones de personas viven en áreas donde el agua escasea. Para el año 2030, la demanda superará la oferta en un 40 por ciento.
Y transformar el agua de los mares salados en algo potable siempre ha requerido mucha energía. Las plantas de desalinización térmica más antiguas en los Estados del Golfo, donde la energía es abundante, destilan agua de mar hirviéndola y capturando el vapor. Una nueva generación de plantas desalinizadoras de ósmosis inversa, que hacen pasar el agua a través de una serie de membranas de plástico, ha reducido un poco la demanda de energía, pero no es suficiente. Todavía se necesita mucha energía para empujar el agua a través de filtros densos, por lo que incluso las mejoras menores en el diseño de la membrana son de gran ayuda.
En un estudio publicado en abril, el equipo de Elimelech demostró que la suposición que alguna vez fue frustrante sobre cómo se mueve el agua a través de una membrana es, de hecho, equivocado. Lo reemplazan con una teoría de "solución-fricción" según la cual las moléculas de agua viajan en grupos a través de pequeños poros transitorios dentro del polímero, que ejercen fricción sobre ellos a medida que pasan. La física de esa fricción es importante, porque comprenderla podría ayudar a las personas a diseñar materiales de membrana o estructuras que hagan que la desalinización sea más eficiente o mejor en la detección de sustancias químicas indeseables, dice Elimelech.
Membranas más efectivas también podrían mejorar los sistemas de agua municipales y expandir el alcance de la desalinización. “Este es uno de esos grandes avances”, dice Steve Duranceau, ingeniero ambiental de la Universidad de Florida Central, quien pasó 15 años diseñando plantas de desalinización antes de convertirse en profesor. “Esto cambiará la forma en que las personas comienzan a modelar e interpretar cómo diseñar estos sistemas”.
“Lo han logrado”, coincide Eric Hoek, un ingeniero ambiental de la UCLA que se formó con Elimelech hace 20 años pero que no participó en el estudio. “Finalmente, alguien ha puesto el clavo en el ataúd”.
las raices de la nueva idea de solución-fricción son en realidad viejas. Las matemáticas moleculares detrás de esto datan de las décadas de 1950 y 1960, cuando los investigadores israelíes Ora Kedem y Aharon Katzir-Kachalsky, y el investigador de UC Berkeley Kurt Samuel Spiegler, derivaron ecuaciones de desalinización que consideraban la fricción, es decir, cómo el agua, la sal y los poros en la membrana plástica Interactuar el uno con el otro.
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