A medida que el cambio climático, la contaminación y los niveles de población van en aumento, la humanidad corre el riesgo de agotar su recurso más necesario: el agua dulce.
El problema es tan grave que, según 2025, se espera que 1.8 millones de personas vivan en áreas con escasez absoluta de agua, y ⅔ del mundo podría estar bajo condiciones de estrés hídrico, Naciones Unidas advierte
La escasez de agua puede causar muertes y enfermedades generalizadas y provocar el desplazamiento de cientos de millones de personas en todo el mundo.
En este artículo, destacamos los esfuerzos recientes de varias universidades para enfrentar la crisis mundial del agua.
¿Qué es la escasez de agua?
La escasez de agua puede ocurrir debido a la escasez física, el fracaso de las instituciones para garantizar un suministro regular o la falta de una infraestructura adecuada.
La ONU informó que el uso del agua ha crecido a más del doble del índice de aumento de la población en el último siglo, lo que ha causado que un número creciente de regiones enfrente dificultades para obtener agua de fuentes confiables.
Dado que el agua dulce solo compensa el porcentaje de 2.5 del suministro de agua de la Tierra, las áreas de todo el mundo están luchando para mantenerse al día con las demandas de la población.
Actualmente hay 844 millones de personas que viven sin acceso a agua limpia, lo que causa más muertes por año que la violencia o la guerra.
¿De dónde sacamos nuestra agua?
Del porcentaje de 2.5 de agua dulce disponible para el consumo humano, solo un 1 por ciento es fácilmente accesible, ya que gran parte está atrapado en glaciares y campos de nieve.
El agua subterránea es la fuente más grande de agua dulce en el mundo y suministra agua potable a más del 50 por ciento de la población de los EE. UU.
Lamentablemente, debido al bombeo excesivo de acuíferos, el agua subterránea se está agotando rápidamente en muchas partes del mundo, incluido EE. UU. acuíferos son capas subterráneas de acuífera roca permeable o materiales sueltos, tales como grava, arena o limo, de los que las aguas subterráneas puede ser extraído por medio de un pozo de agua.
El agua subterránea se está agotando tan rápido que los acuíferos en la India, el sur de España e Italia podrían agotarse entre 2040 y 2060, mientras que los que se encuentran en el Valle Central de California, la Cuenca Tulare y el sur del Valle de San Joaquín podrían agotarse antes que eso.
Además, en los EE. UU., Las principales fuentes de agua dulce, como el río Colorado y el lago Mead en Arizona, comienzan a agotarse.
Según la El proyecto de agua, algunos investigadores creen que Lake Mead, que suministra agua a 22 millones de personas en los EE. UU., podría estar seco por 2021.
Los esfuerzos de la universidad para aliviar la crisis del agua
Aunque los números pueden ser desalentadores, ha habido numerosos los esfuerzos de las universidades para ayudar a aliviar la crisis del agua.
Desde la filtración hasta las técnicas de desalinización, aquí hay algunos ejemplos del trabajo excepcional que las universidades han logrado recientemente.
MIT, utilizando aguas subterráneas salobres
Según los investigadores del MIT, una forma de ayudar a resolver la crisis del agua es mirar más allá del agua dulce.
Los investigadores encontraron una manera de desalinizar diversas composiciones de aguas subterráneas salobres - un tipo de agua subterránea que contiene más salinidad que agua dulce, pero no tanto como el agua de mar.
La cantidad de agua subterránea salobre en los EE. UU. Es aproximadamente 800 veces mayor que la cantidad total de aguas subterráneas retiradas en todo el país, sin embargo, menos del 1% del suministro de agua de la nación proviene de esta fuente.
Por lo tanto, de acuerdo con los investigadores, usar incluso una fracción de las abundantes aguas salobres en los EE. UU. Podría mejorar drásticamente las perspectivas de comunidades carentes de agua.
"EE. UU. Tiene más agua subterránea salobre que agua subterránea fresca. Y gran parte del agua subterránea fresca del mundo está siendo muy utilizada, hasta el punto de que muchos acuíferos de agua dulce están mostrando signos de disminución ", dijo. John Lienhard, director de la Abdul Latif Jameel Laboratorio Mundial de Seguridad Alimentaria y del Agua en el MIT
Lienhard y su equipo utilizaron la termodinámica, una ciencia que trata sobre la relación entre el calor y la energía, para estudiar cómo las diferentes composiciones de aguas subterráneas salobres afectarían la energía necesaria para la desalinización.
Al hacer esto, los investigadores pudieron formular un gran conjunto de datos de información sobre los procesos y requisitos para desalar aguas subterráneas salobres, así como un mapa de áreas alrededor de los EE. UU. Y el mundo que tienen fuentes de agua subterránea salobres potencialmente utilizables.
"El crecimiento demográfico y un clima más cálido y variable plantea desafíos sin precedentes para nuestras ciudades, granjas e industria", dijo Lienhard.
"El uso sostenible del agua subterránea salobre, a través de la desalinización, puede ayudar a expandir nuestros suministros de agua dulce. Este enfoque puede ser un componente de una estrategia integrada de gestión del agua para muchas partes del mundo amenazadas por la escasez de agua ".
CMU, mecanismos basados en plantas para filtración de agua
Otro método que podría ayudar a las zonas con escasez de agua, particularmente en regiones subtropicales o tropicales como la India, es mediante el uso de materiales vegetales como un medio para filtrar el agua sucia.
Investigadores de la Universidad Carnegie Mellon han desarrollado una forma de combinar proteínas de semilla de la planta Moringa Oleifera, una planta comercialmente valiosa originaria de la India, con técnicas de filtración de arena para producir un mecanismo de filtración simple y efectivo.
El medio resultante se denomina "arena f" y funciona utilizando cargas eléctricas opuestas.
"La arena está mayormente cargada negativamente. Las proteínas de las semillas de Moringa oleifera están cargadas positivamente, y la mayoría de los contaminantes suspendidos (arcilla suspendida u otras partículas minerales, bacterias, material orgánico en descomposición que se encuentra naturalmente en el ambiente) que deben eliminarse del agua para hacerlo potable tienen carga negativa. " dijo Bob Tilton, el Profesor de Ingeniería Química e Ingeniería Biomédica de Chevron en CMU.
Para preparar f-arena, explicó Tilton, las proteínas solubles en agua se extraen primero de las semillas triturándolas y remojándolas en agua. La solución resultante se vierte en una mezcla muy espesa y húmeda de arena y agua llamada suspensión.
En este momento, la carga de arena negativa atrae a la carga proteica positiva, lo que hace que las proteínas se peguen a la arena y, posteriormente, crean "arena f". El exceso de agua puede drenarse y la arena puede verterse. en una columna
Luego, para usar la arena f, uno simplemente vertería agua a través de la columna y los contaminantes con carga negativa se adherirían a las proteínas cargadas positivamente en los granos de arena, creando un sistema de filtración simple e ingenioso.
Tilton explica que los usuarios locales podrán adaptar f-sand fácilmente, ya que la técnica requiere pocas herramientas y un trabajo bastante simple.
"Los sistemas podrían configurarse para funcionar a un nivel muy localizado, probablemente incluso a nivel de hogar individual", dijo Tilton.
UT Dallas / Penn State, tecnología de recolección de agua inspirada en los escarabajos
En otra forma más creativa para ayudar a aliviar nuestra creciente crisis del agua, los investigadores de la Universidad de Texas en Dallas y la Universidad Estatal de Pensilvania han desarrollado una superficie que puede recoger rápidamente las moléculas de agua de la niebla y el vapor de aire y dirigirlos hacia un depósito a lo largo de micro ranuras lubricadas.
La "superficie deslizante hidrofílica direccional" o SRS, se inspiró en el proceso en el que los organismos vivos, como los escarabajos del desierto, las plantas de jarra y las hojas de arroz, recogen y dirigen el agua de forma natural.
"Los escarabajos del desierto usaron protuberancias hidrofílicas para absorber las gotas de agua de las nieblas, y también usaron ceras hidrofóbicas modeladas para eliminar esas gotas para beber", dijo. Simon Dai, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Escuela de Ingeniería y Ciencias de la Computación Erik Jonsson en UT Dallas.
Mientras que los baches hidrofílicos en los escarabajos del desierto demuestran cómo recolectar y combinar las gotas de agua del aire, las superficies resbaladizas de las plantas de jarra y los minúsculos surcos direccionales en las hojas de arroz demuestran cómo dirigir rápidamente las gotas de agua hacia un depósito.
La combinación de estos diseños naturales crea una superficie capaz de capturar y dirigir las gotas de agua de manera eficiente.
Para crear la tecnología de recolección de agua, los investigadores construyeron una superficie y grabaron en ella estructuras direccionales de nano tamaño. Luego cubrieron la superficie con un lubricante líquido hidrófilo.
El lubricante tiene un doble propósito al atraer agua y crear una superficie resbaladiza, por lo que las gotas de agua que se forman pueden descender fácilmente y combinarse para formar gotas más grandes.
"Infundimos nuestras superficies ásperas direccionales con lubricante líquido hidrófilo que es molecularmente móvil, por lo que puede ayudar a que el agua recolectada se una en gotas más grandes", dijo Dai en un comunicado.
"Además, el material es escalable. A diferencia de las superficies inspiradas en escarabajos, donde la creación de gotas de agua solo ocurre en áreas específicas, podemos crear superficies pequeñas o grandes, todas con la capacidad de atrapar y mover el agua rápidamente en cualquier lugar de la superficie ".
La combinación de surcos direccionales y la superficie resbaladiza hidrófila demostró ser más efectiva en la captura y dirección de gotitas de agua que superficies comparables.
Las superficies hidrofílicas o que atraen el agua, como el SRS, se pueden usar para diversos fines e industrias, como el aire acondicionado, la condensación gota a gota para la generación de energía y la desalinización, y la recolección de agua en regiones áridas.
"Los procesos existentes para crear agua dulce, como la desalinización, se basan en la transición del vapor al agua", dijo Dai en un comunicado.
"Queríamos crear una superficie que pueda capturar y dirigir las gotas de agua de manera eficiente".
Rice University, secuestrando toxinas del agua
Los investigadores de la Universidad de Rice han estado trabajando en un sistema de tratamiento que puede selectivamente extraer toxinas dañinas de agua potable y aguas residuales de fábricas, sistemas de alcantarillado y pozos de petróleo y gas.
El sistema utiliza un conjunto de electrodos compuestos que permiten la desionización capacitiva, una tecnología para desionizar el agua mediante la aplicación de una diferencia de potencial eléctrico sobre dos electrodos, que a menudo están hechos de carbono poroso.
Los electrodos porosos y cargados son capaces de extraer selectivamente los iones objetivo de los fluidos que pasan a través de un sistema similar a un laberinto. Luego, cuando los poros se llenan de toxinas, los electrodos se pueden limpiar, restaurar y reutilizar.
Liderados por Qilin Li, un profesor de ingeniería civil y ambiental y de ciencia de materiales y nanoingeniería, se espera que el sistema de tratamiento de Rice sea una alternativa de bajo costo y que ahorre energía a los sistemas tradicionales.
"Los métodos tradicionales para eliminar todo, como la ósmosis inversa, son costosos e intensivos en energía", dijo Li en un comunicado.
"Si descubrimos una forma de pescar estos componentes menores, podemos ahorrar mucha energía".
Hasta ahora, los investigadores han probado el sistema sobre la eliminación de iones sulfato, un mineral formador de incrustaciones que puede dar al agua un sabor amargo y actuar como laxante.
Para hacer esto, los electrodos del sistema se recubrieron con carbón activado, que a su vez estaba recubierto por una película delgada de pequeñas partículas de resina unidas por alcohol polivinílico cuaternizado.
Cuando el agua contaminada con sulfato fluía a través de un canal entre los electrodos cargados, los iones sulfato eran atraídos por los electrodos, pasaban a través del recubrimiento de resina y se pegaban al carbono.
Las pruebas en el laboratorio mostraron que el revestimiento cargado positivamente capturaba iones sulfato sobre sal en una proporción de más de 20 a 1.
"Esto es parte de un amplio campo de investigación para descubrir formas de eliminar selectivamente los contaminantes iónicos", dijo Li en un comunicado. "Hay muchos iones en el agua. No todo es tóxico Por ejemplo, el cloruro de sodio (sal) es perfectamente benigno. No tenemos que eliminarlo a menos que la concentración sea demasiado alta ".
"Para muchas aplicaciones, podemos dejar atrás iones no peligrosos, pero hay ciertos iones que debemos eliminar. Por ejemplo, en algunos pozos de agua potable, hay arsénico. En nuestras tuberías de agua potable, podría haber plomo o cobre. Y en aplicaciones industriales, hay iones de calcio y sulfato que forman escamas, una acumulación de depósitos minerales que ensucian y obstruyen las tuberías ".
Los investigadores están trabajando actualmente en el desarrollo de recubrimientos para otros contaminantes y trabajando con laboratorios de la Universidad de Texas en El Paso y la Universidad Estatal de Arizona en sistemas de prueba a gran escala.
Conclusión
La crisis mundial del agua afecta a todos, incluso a aquellos que no sienten el impacto directo, y como los niveles de agotamiento continúan aumentando, todos debemos hacer nuestra parte para garantizar la seguridad del agua y reducir las enfermedades relacionadas con el agua.
Afortunadamente, científicos, activistas y organizaciones sin fines de lucro están iniciando esfuerzos para ayudar a aliviar la crisis en todo el mundo.
En la edad interconectada de hoy, estamos en una posición única para trabajar juntos para proteger nuestro recurso más vital.
Ahora más que nunca, personas y organizaciones, como Water.org, Una gota en la cubeta, Agua para todos y El agua es vida, pueden trabajar a nivel global para ayudar a las comunidades carentes de agua y tener un impacto significativo en el mundo cambiante.
