Un bosque de microestructuras impreso en 3D facilita la desalinización con generadores de vapor solar

Ante la inminente escasez de agua dulce en el mundo, un equipo de investigadores de Singapur de la Universidad Tecnológica de Nanyang ha recurrido a los generadores de vapor solares (SSG), que están surgiendo como un dispositivo prometedor para la desalinización de agua de mar. La desalinización puede ser una solución costosa y de alto consumo energético para la escasez de agua. Este enfoque, que funciona con energía renovable, imita el ciclo natural del agua al utilizar la energía del sol para evaporar y aislar el agua. Sin embargo, la tecnología está limitada por la necesidad de fabricar topologías complejas para aumentar la superficie necesaria para lograr una alta eficiencia de evaporación del agua. Para superar esta barrera, el equipo buscó inspiración en los árboles para el diseño y aprovechó el potencial de la impresión 3D. En 'Applied Physics Reviews', el equipo presenta una tecnología de vanguardia para producir SSG eficientes para la desalinización y presenta un método novedoso para imprimir nanocompuestos funcionales para la fusión multichorro (MJF). "Hemos creado SSG con un rendimiento fototérmico excepcional y propiedades de autolimpieza", desarrolla Kun Zhou, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad Tecnológica de Nanyang. "El uso de una estructura porosa con forma de árbol mejora significativamente las tasas de evaporación del agua y garantiza un funcionamiento continuo al evitar la acumulación de sal; su rendimiento se mantiene relativamente estable incluso después de pruebas prolongadas". La física que sustenta su método implica la conversión de luz en energía térmica, donde los SSG absorben la energía solar, la convierten en calor y evaporan el agua/agua de mar. La estructura porosa de los SSG ayuda a mejorar la autolimpieza al eliminar la sal acumulada para garantizar un rendimiento sostenido de la desalinización. "Mediante el uso de un agente de fusión fototérmica eficaz, la tecnología de impresión MJF puede crear rápidamente piezas con diseños intrincados", clarifica. "Para mejorar la eficiencia de conversión fototérmica de los agentes de fusión y las piezas impresas, desarrollamos un nuevo tipo de agente de fusión derivado de estructuras metalorgánicas". Sus SSG se inspiraron en la transpiración de las plantas y están compuestos de microestructuras en forma de árboles en miniatura, formando un bosque eficiente que distribuye el calor. "Nuestro diseño bioinspirado aumenta la superficie del SSG", insiste Zhou. "Usar un diseño con forma de árbol aumenta la superficie del SSG, lo que mejora el transporte de agua y aumenta la eficiencia de evaporación". Una gran sorpresa fue la alta tasa de evaporación de agua observada tanto en los entornos simulados como en las pruebas de campo. El agua desalinizada cumplió consistentemente con los estándares para el agua potable, incluso después de una prueba prolongada. "Esto demuestra la practicidad y la eficiencia de nuestro enfoque", aporta Zhou. "Y se puede producir en masa de forma rápida y sencilla mediante impresoras comerciales MJF". El trabajo del equipo muestra un potencial significativo para abordar la escasez de agua dulce. "Nuestros SSG se pueden utilizar en regiones con acceso limitado al agua dulce para proporcionar una solución de desalinización sostenible y eficiente", destaca Zhou. "Más allá de la desalinización, se pueden adaptar para otras aplicaciones que requieren una conversión eficiente de la energía solar y la purificación del agua".