Bajo el implacable sol de California, los ingenieros de UC Riverside están explorando un espectro de luz invisible que podría hacer que la desalinización solar sea mucho más eficiente. Sus nuevos experimentos sugieren que la luz ultravioleta, particularmente en el rango UV profundo, puede ayudar a separar la sal del agua sin depender del calor.
El equipo de investigación, dirigido por Luat Vuong en la Facultad de Ingeniería Marlan y Rosemary Bourns, descubrió que el nitruro de aluminio, una cerámica blanca dura, puede actuar como una especie de clave molecular. Cuando se expone a longitudes de onda ultravioleta profundas cercanas a los 200 nanómetros, el material parece romper los enlaces rebeldes que mantienen unidas la sal y el agua.
“Hasta donde sabemos, nadie más ha articulado todavía este canal ultravioleta profundo para la separación del agua salada”, dijo Vuong. “Quizás seamos los primeros en pensar realmente en cómo aprovecharlo para la desalinización”.
En el estudio, publicado en ACS Applied Materials & Interfaces, el equipo de Vuong colocó mechas cerámicas hechas de nitruro de aluminio en una cámara cerrada que contenía agua salada. Cuando se iluminaron con luz ultravioleta, la tasa de evaporación del agua aumentó en comparación con las muestras mantenidas en la oscuridad o expuestas a luz visible e infrarroja. El hallazgo apunta a un nuevo mecanismo que podría evitar por completo la desalinización tradicional basada en ebullición.
Rompiendo enlaces sin hervir
La desalinización solar convencional depende de materiales oscuros que absorben calor para evaporar el agua. Pero calentar grandes volúmenes de líquido exige energía y genera ineficiencias térmicas. El enfoque de Vuong puede eludir esas limitaciones al apuntar directamente a los enlaces entre las moléculas de sal y agua.
Los investigadores sospechan que puede estar en juego un proceso conocido como conversión ascendente de fotones. En este fenómeno, dos o más fotones de baja energía se fusionan para formar un fotón de mayor energía, lo suficientemente fuerte como para romper los enlaces químicos. Si se confirma, esto significaría que el agua salada podría separarse mediante interacciones luz-materia en lugar de calor, ofreciendo una ruta no fototérmica hacia el agua dulce.
“El nitruro de aluminio es muy adecuado para emitir luz ultravioleta debido a su estructura cristalina”, explicó Vuong. “Es económico, está ampliamente disponible, no es tóxico, es altamente hidrófilo y duradero”.
Soluciones solares para un planeta sediento
Un método de este tipo podría tener importantes ventajas medioambientales. A diferencia de los sistemas de ósmosis inversa, que requieren bombas de alta presión y producen desechos de salmuera perjudiciales para la vida marina, un proceso basado en la luz consumiría mucha menos electricidad y generaría un mínimo de desechos. El mismo principio también podría aplicarse a la gestión de residuos, la recolección de minerales en entornos extremos o incluso los sistemas de refrigeración que utilizan agua salada en lugar de agua dulce.
Aun así, Vuong advierte que el concepto se encuentra en sus primeras etapas. Si bien los experimentos demuestran una prueba de principio, se necesita más trabajo para confirmar si se está produciendo una conversión ascendente de fotones y escalar el sistema para su uso en el mundo real. Sin embargo, la perspectiva es tentadora: agua limpia extraída del océano, alimentada únicamente por la luz solar y el tipo adecuado de mecha de cerámica.
Interfaces y materiales aplicados de ACS: 10.1021/acsami.5c12331
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