Del sol al hielo: CUTonalá explora nuevas alternativas para desalar agua

La Escuela-taller “Desalación por congelación y refrigeración solar: del sol al agua desalinizada” reunió a estudiantes y especialistas para conocer cómo la ciencia busca aprovechar la energía solar en el desarrollo de nuevas alternativas para obtener agua.

Usar el calor del sol para producir frío puede parecer una contradicción; sin embargo, esta idea forma parte de las investigaciones que actualmente buscan desarrollar nuevas alternativas para desalar agua con ayuda de energías renovables, una idea que se abordó durante esta escuela taller los días 24 y 25 de agosto en el Centro Universitario de Tonalá (CUTonalá).

Durante las dos jornadas participaron especialistas de instituciones como la UNAM, la Universidad Autónoma de Baja California (UABC), el Centro de Investigación en Materiales Avanzados (CIMAV), la Universidad de La Rochelle en Francia; la Universidad Autónoma del Estado de Morelos (UAEM) y la Universidad Autónoma de Campeche (UAC).

La doctora Beatriz Castillo Téllez, una de las investigadoras participantes, explicó que el trabajo surge ante una problemática cada vez más presente en distintas regiones: la dificultad para disponer de agua de buena calidad y la cantidad de energía que requieren muchas de las tecnologías utilizadas actualmente para desalarla.

La investigación se centra en identificar en qué escenarios y bajo qué condiciones la desalación por congelación puede convertirse en una alternativa eficiente, sustentable y técnicamente viable, capaz de complementar otros procesos utilizados hoy para obtener agua con menor concentración de sales. 

Desalar el agua ¿congelándola?

Para comprender el proceso, Castillo Téllez propone pensar primero en algo tan sencillo como la formación del hielo. Cuando el agua salada comienza a congelarse, las moléculas de agua se organizan para formar los cristales de hielo. La mayor parte de las sales, en cambio, no entra en esa estructura y permanece concentrada en el líquido que todavía no se ha congelado.

Si posteriormente esos cristales pueden separarse, lavarse de manera adecuada y derretirse, es posible obtener agua con una cantidad de sales menor que la que tenía en su origen. Aunque la explicación parece sencilla, conseguirlo de manera eficiente representa un desafío.

Durante la congelación es necesario controlar cómo crecen los cristales y evitar que pequeñas cantidades de salmuera queden atrapadas en el hielo. También debe estudiarse cómo separar y lavar esos cristales sin que todo el proceso termine requiriendo demasiada energía. Por esta razón, el proyecto combina modelación, simulación y experimentación para entender primero qué ocurre durante el proceso físico y, a partir de ese conocimiento, avanzar hacia el diseño y validación de prototipos.

Producir frío con el calor del sol

Aquí aparece otro de los aspectos que más llaman la atención de la investigación: la posibilidad de utilizar energía proveniente del sol para generar el frío necesario durante la congelación. Normalmente, producir frío implica utilizar equipos de refrigeración que consumen electricidad. La propuesta que se estudia consiste en analizar si una parte de esa demanda puede cubrirse mediante sistemas de refrigeración solar que aprovechen el calor.

“Lo que buscamos es utilizar el calor del sol para producir el frío que permita congelar parcialmente el agua salina”, explicó Castillo Téllez, quien señaló que la viabilidad de esta integración debe comprobarse mediante cálculos, experimentos y pruebas en condiciones reales de operación. 

Agua y energía: problemas relacionados

La investigación cobra relevancia porque los desafíos relacionados con el agua y la energía no pueden estudiarse de manera separada. Extraer, transportar, tratar o desalar agua requiere energía. Al mismo tiempo, distintos procesos de generación de energía necesitan también cantidades importantes de agua.

Por ello, el problema no consiste únicamente en preguntarse cómo producir más agua; es necesario conocer cuánta energía se utiliza para obtenerla, de dónde proviene y qué impacto ambiental genera el proceso.

Desde el punto de vista termodinámico, la desalación por congelación presenta características que hacen interesante continuar estudiándola. No obstante, Castillo Téllez advierte que esto no significa que cualquier sistema basado en congelación vaya a consumir en automático menos energía en la práctica.

Factores como la eficiencia de los equipos de refrigeración, el bombeo, la separación y lavado del hielo, la recuperación del frío y el tamaño de las instalaciones pueden modificar por completo el desempeño del sistema. Por ello, todavía son necesarios experimentos que permitan determinar en qué condiciones esta tecnología puede funcionar.

Una de sus posibles aplicaciones podría encontrarse, por ejemplo, en regiones costeras o comunidades aisladas con buena disponibilidad de energía solar, siempre que el sistema responda también a las características sociales, ambientales y económicas de cada territorio.

Investigar, pero también formar

Además de difundir los avances de estas investigaciones, el taller tuvo un objetivo formativo. La actividad estuvo dirigida principalmente a estudiantes de ingeniería en Energía, la maestría en Ciencias en ingeniería del agua y la energía, el doctorado en Agua y energía, y programas de maestría y doctorado en Geología.

Durante las jornadas se abordaron temas como energía solar térmica, refrigeración solar, desalación con energías renovables y desalación por congelación. Para las y los estudiantes, el encuentro también representó una oportunidad para acercarse a campos científicos distintos a los de su formación habitual. 

“Me parece fascinante conocer cómo un proceso que parece tan sencillo, como congelar agua, puede estudiarse y aprovecharse de esta manera. La ciencia es algo que siempre me ha llamado mucho la atención y estas actividades nos permiten descubrir temas que no conocemos y acercarnos a otras áreas de investigación”, comentó Sofía Gómez, estudiante de Ciencias forenses. 

Para Castillo Téllez, una de las características más interesantes de esta línea de trabajo es que permite unir conocimientos de ciencia básica con problemas que tienen una dimensión social. La termodinámica, la transferencia de calor, la energía solar, la formación de cristales de hielo y el movimiento de las sales dejan así de ser nada más conceptos revisados en el aula y se convierten en herramientas para estudiar problemas concretos.

“Los estudiantes pueden ver que la termodinámica, la transferencia de calor y la energía solar no son solamente contenidos que damos en el aula, sino herramientas para enfrentar desafíos concretos”, señaló.