Ingenieros del MIT han desarrollado un nuevo método para eliminar el plomo y otros metales pesados del agua, en un proceso que, según dicen, es mucho más eficiente desde el punto de vista energético que cualquier otro sistema utilizado actualmente, aunque hay otros en desarrollo que se le acercan. En última instancia, podría utilizarse para tratar el agua de abastecimiento contaminada con plomo a nivel doméstico, o para tratar el agua contaminada procedente de algunos procesos químicos o industriales.

El nuevo sistema es el último de una serie de aplicaciones basadas en los descubrimientos iniciales realizados hace seis años por miembros del mismo equipo de investigación, desarrollados inicialmente para la desalinización de agua de mar o salobre, y adaptados posteriormente para eliminar compuestos radiactivos del agua de refrigeración de las centrales nucleares. La nueva versión es el primer método de este tipo que podría aplicarse al tratamiento del agua de abastecimiento, así como a los usos industriales.

Los resultados se publican en la revista Environmental Science and Technology - Water, en un artículo elaborado por los estudiantes de posgrado del MIT Huanhuan Tian, Mohammad Alkhadra y Kameron Conforti, y el profesor de ingeniería química Martin Bazant.

El proceso aún tiene sus limitaciones, ya que sólo se ha demostrado a pequeña escala de laboratorio y con caudales bastante lentos

"Es notoriamente difícil eliminar los metales pesados tóxicos que son persistentes y están presentes en muchas fuentes de agua diferentes", dice Alkhadra. "Obviamente, hoy en día existen métodos que compiten entre sí y que realizan esta función, así que se trata de ver qué método puede hacerlo a menor coste y de forma más fiable".

El mayor reto a la hora de intentar eliminar el plomo es que, por lo general, está presente en concentraciones muy pequeñas, superadas ampliamente por otros elementos o compuestos. Por ejemplo, el sodio suele estar presente en el agua potable en una concentración de decenas de partes por millón, mientras que el plomo puede ser muy tóxico con sólo unas pocas partes por billón. La mayoría de los procesos existentes, como la ósmosis inversa o la destilación, eliminan todo a la vez, explica Alkhadra. Esto no sólo requiere mucha más energía de la que se necesitaría para una eliminación selectiva, sino que es contraproducente, ya que pequeñas cantidades de elementos como el sodio y el magnesio son en realidad esenciales para un agua potable saludable.

El nuevo enfoque utiliza un proceso llamado electrodiálisis de choque, en el que se utiliza un campo eléctrico para producir una onda de choque dentro de un material poroso cargado eléctricamente por el que pasa el agua contaminada. La onda de choque se propaga de un lado a otro a medida que aumenta el voltaje, dejando una zona en la que se agotan los iones metálicos y separando el caudal de entrada en una salmuera y un caudal de agua dulce. El proceso da lugar a una reducción del 95% del plomo en el efluente de agua dulce.

En principio, "esto hace que el proceso sea mucho más barato", dice Bazant, "porque la energía eléctrica que se emplea en la separación va realmente a por el objetivo de alto valor, que es el plomo. No se desperdicia mucha energía para eliminar el sodio". Como el plomo está presente en una concentración tan baja, "no hay mucha corriente implicada en la eliminación de esos iones, por lo que puede ser una forma muy rentable".

El proceso aún tiene sus limitaciones, ya que sólo se ha demostrado a pequeña escala de laboratorio y con caudales bastante lentos. La ampliación del proceso para hacerlo práctico en el ámbito doméstico requerirá más investigación, y los usos industriales a mayor escala llevarán aún más tiempo. Pero podría ser práctico dentro de unos años para algunos sistemas domésticos, afirma Bazant.

Por ejemplo, una casa que se abastece de una fuente de agua muy contaminada con plomo podría tener un sistema en el sótano que procese lentamente un caudal de agua, llenando un depósito con agua sin plomo que se utilizaría para beber y cocinar, mientras se deja la mayor parte del agua sin tratar para otros usos, como la descarga del inodoro o regar el césped. Esta aplicación podría ser adecuada como medida provisional para lugares como Flint (Michigan), donde el agua, contaminada en su mayor parte por las tuberías de distribución, tardará muchos años en remediarse mediante la sustitución de las mismas.

El proceso también podría adaptarse a algunos usos industriales, como la limpieza del agua producida en operaciones de minería o perforación, de modo que el agua tratada pueda eliminarse o reutilizarse de forma segura. Y, en algunos casos, también podría servir para recuperar los metales que contaminan el agua pero que podrían ser un producto valioso si se separaran; por ejemplo, algunos de esos minerales podrían utilizarse para procesar semiconductores o productos farmacéuticos u otros productos de alta tecnología, dicen los investigadores.

Según Bazant, es difícil comparar directamente el coste de este sistema con el de los métodos existentes, ya que en los sistemas de filtración, por ejemplo, los costes se deben principalmente a la sustitución de los materiales de filtrado, que se obstruyen rápidamente y quedan inutilizados, mientras que en este sistema los costes se deben principalmente a la aportación continua de energía, que es muy pequeña. Por el momento, el sistema de electrodiálisis de choque ha funcionado durante varias semanas, pero es demasiado pronto para calcular la longevidad de este sistema en el mundo real, afirma.

Desarrollar el proceso hasta convertirlo en un producto comercial escalable llevará algún tiempo, pero "hemos demostrado cómo podría hacerse, desde un punto de vista técnico", afirma Bazant. "El principal problema sería el aspecto económico", añade. Eso incluye averiguar las aplicaciones más apropiadas y desarrollar configuraciones específicas adaptadas a esos usos. "Tenemos una idea razonable de cómo ampliarlo. Así que es cuestión de tener los recursos", lo que podría ser un papel para una empresa emergente –una start-up– en lugar de un laboratorio de investigación académica, añade.

"Creo que es un resultado emocionante", dice, "porque muestra que realmente podemos abordar esta importante aplicación" de eliminar el plomo del agua potable. Por ejemplo, dice, ahora hay lugares que desalinizan agua de mar mediante ósmosis inversa, pero tienen que ejecutar este costoso proceso dos veces seguidas, primero para eliminar la sal, y luego otra vez para eliminar los contaminantes de bajo nivel pero altamente tóxicos como el plomo. Este nuevo proceso podría utilizarse en lugar de la segunda ronda de ósmosis inversa, con un gasto de energía mucho menor.

La investigación contó con el apoyo de una beca de ingeniería de MathWorks y de una beca concedida por el laboratorio Abdul Latif Jameel Water and Food Systems del MIT, financiada por Xylem, Inc.

Puedes leer la noticia original en Smart Water Magazine.