Científicos del MIT construyen un sistema de desalinización fotovoltaico que reacciona a los cambios de luz solar

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Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han construido un sistema de desalinización de aguas subterráneas salobres que funciona exclusivamente con energía fotovoltaica y que supuestamente es capaz de reaccionar con prontitud a pequeños cambios en la radiación solar para maximizar la generación de energía solar.

«El sistema, alimentado por energía solar, elimina la sal del agua a un ritmo que sigue de cerca los cambios en la energía solar», explica el equipo de investigación en un comunicado. «A medida que aumenta la luz solar a lo largo del día, el sistema acelera su proceso de desalinización y se ajusta automáticamente a cualquier variación repentina de la luz solar, por ejemplo, reduciendo el ritmo en respuesta a una nube pasajera o acelerándolo cuando el cielo se despeja».

El sistema se basa en la tecnología de electrodiálisis fotovoltaica (PV-ED), que permite la desalinización por accionamiento directo a altos índices de producción y sin necesidad de almacenamiento de energía, o con muy poca. La electrodiálisis fotovoltaica consiste en un proceso de separación de masas que utiliza corriente continua para cargar eléctricamente las membranas y una diferencia de potencial eléctrico, que luego se utilizan para separar las especies iónicas de una solución acuosa.

Se afirma que esta tecnología de desalinización tiene mayores tasas de recuperación de agua, un funcionamiento más sencillo, una mayor vida útil de las membranas y un mejor funcionamiento a alta temperatura en comparación con las técnicas de ósmosis inversa (OI). Sin embargo, hasta la fecha se ha impedido una amplia adopción comercial debido a limitaciones como el ensuciamiento de la membrana y la permselectividad, que mide la capacidad de una membrana para discriminar entre aniones y cationes.

 


Diagrama conceptual del sistema
Imagen: MIT, nature water, Licencia común CC BY 4.0

El sistema consta de paneles solares, seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT), tanques por lotes, bombas en paralelo, una pila de electrodiálisis y válvulas de inversión. «En la pila de electrodiálisis, los iones se transfieren a través de membranas cargadas selectivamente: incluyendo pares de una membrana de intercambio catiónico (CEM) y una membrana de intercambio aniónico (AEM)», explican los científicos.

«El sistema sigue aumentando el caudal y, simultáneamente y en consecuencia, la densidad de corriente aplicada, hasta que la suma de sus potencias ha igualado la potencia disponible», señaló el grupo, refiriéndose a su capacidad para adaptarse a distintos niveles de radiación a lo largo del día. «En el caso de que el sistema tenga una reducción de potencia, sigue disminuyendo la potencia de bombeo ordenada, y la densidad de corriente resultante, hasta que haya igualado la potencia disponible».

El equipo probó el primer prototipo del sistema durante seis meses en pozos de aguas subterráneas de Nuevo México y comprobó que era capaz de producir hasta 5.000 litros al día. Además, fue capaz de utilizar alrededor del 93,74% de la energía generada por los módulos fotovoltaicos y necesitó un almacenamiento de energía «mínimo».

Estos resultados se lograron a pesar de las grandes fluctuaciones de las condiciones meteorológicas y la radiación solar.

«La energía fotovoltaica con control de corriente controlado por flujo ofrece una estrategia sencilla para desalinizar agua en comunidades con recursos limitados y tiene implicaciones para la descarbonización de grandes industrias de desalinización que consumen mucha energía», afirman los científicos, que añaden que las aguas subterráneas salobres son una fuente desaprovechada de agua potable. «En realidad, la mayoría de la población vive lo suficientemente lejos de la costa como para que la desalinización del agua de mar nunca pudiera llegar hasta ellos. En consecuencia, dependen en gran medida de las aguas subterráneas, sobre todo en las regiones remotas y de bajos ingresos».

El sistema se describe en el estudio «Direct-drive photovoltaic electrodialysis via flow-commanded current control» (Electrodiálisis fotovoltaica de accionamiento directo mediante control de corriente controlado por flujo), publicado en nature water.

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