La desalación de agua subterránea salobre puede ayudar a aliviar la crisis del agua

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Los modelos de cambio climático y el crecimiento de la población apuntan a una creciente escasez de suministros de agua dulce, pero una nueva investigación sugiere que desalinizar agua subterránea salobre Podría ayudar a aliviar el problema.

Realizado por investigadores del MIT, el estudio proporciona un análisis en profundidad de la cantidad de energía requerida para desalar varias composiciones de agua subterránea salobre y sus usos potenciales tanto en los Estados Unidos como en el extranjero.

La investigación se publica en la revista Investigación del agua.

¿Qué es el agua subterránea salobre?

El agua subterránea salobre es agua que contiene más salinidad que el 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 agua subterránea extraída en todo el país, pero menos del uno por ciento del suministro de agua de la nación proviene de esta fuente. En cambio, aproximadamente una quinta parte del agua potable de los EE. UU. Proviene de aguas subterráneas frescas.

Pero de acuerdo con los investigadores, el uso de incluso una fracción del agua salobre abundante en los Estados Unidos podría mejorar dramáticamente las perspectivas de las comunidades hambrientas 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

Hasta hace poco, sin embargo, el agua subterránea salobre ha sido un recurso en gran parte pasado por alto.

Investigando una nueva fuente de agua.

La investigación comenzó en 2015 cuando Lienhard se reunió con un científico del US Geological Survey (USGS) en una conferencia y se enteró de la recolección de la agencia de más de 100,000 de muestras de agua subterránea de pozos.

"Estaba fascinado y me pregunté qué sabemos acerca de cómo la composición de las aguas subterráneas afecta el proceso de desalinización", dijo Lienhard en un comunicado.

Discutió la pregunta con Yvana Ahdab, una estudiante graduada del MIT y coautora del documento, que la investigó y descubrió que, si bien se han realizado numerosos análisis sobre la composición del agua de mar en todo el mundo, no hubo estudios comparables para las aguas subterráneas.

Esto se debe probablemente al hecho de que la composición del agua subterránea varía más ampliamente que el agua de mar, tanto en la salinidad como en la concentración de otras sustancias como el calcio y el sulfato.

En cualquier caso, los investigadores se propusieron analizar el conjunto de datos de USGS y comprender cómo la composición de las aguas subterráneas salobres podría afectar la desalinización.

Analizando composiciones

El agua de mar es la fuente principal de los sistemas de desalinización existentes, por lo que la tecnología se ha desarrollado y sintonizado principalmente para las composiciones de agua de mar.

Y dado que el agua salobre es tan diferente, los investigadores estaban interesados ​​en analizar los límites teóricos de lo posible que sería reducir la energía requerida para desalar el agua salobre que tiene una composición particular.

Usando la termodinámica, una ciencia que se ocupa de la relación entre calor y energía, los investigadores estudiaron cómo las diferentes composiciones de agua subterránea salobre afectarían la energía necesaria para la desalinización.

"La termodinámica nos permite estudiar cómo las diferentes mezclas de sales afectan la energía necesaria para separar el agua dulce del agua salada", dijo Lienhard. “Este modelo termodinámico nos dice la cantidad mínima posible de energía necesaria, como si tuviéramos un sistema de desalinización perfectamente eficiente. También observamos los números de hardware real para poder medir el margen de mejora tecnológica ".

Los investigadores encontraron que las composiciones se dividen en cinco clases: algunas están dominadas por el cloruro de sodio, el bicarbonato de sodio o el sulfato de sodio, mientras que otras están dominadas por el bicarbonato de calcio o el sulfato de calcio, explicaron.

Determinaron que las aguas subterráneas dominadas por el sodio requieren mayor energía para desalinizarse que las dominadas por el calcio, mientras que las dominadas por el cloruro requieren más energía que las dominadas por el sulfato.

Además, los investigadores encontraron que una gran ventaja de desalinizar el agua subterránea salobre en lugar del agua de mar es la tasa de recuperación. La desalinización de agua de mar generalmente produce la mitad de su volumen en agua dulce, pero la desalinización de agua salobre puede producir hasta un 90 por ciento de agua dulce, según los investigadores.

Analizando ubicaciones

Después de analizar las composiciones, el equipo también planificó las ubicaciones de las fuentes de agua subterránea salobre potencialmente utilizables en las regiones que están experimentando las mayores tensiones en los suministros de agua.

Los resultados apuntan a muchos lugares, incluyendo el sur de California, Arizona y áreas del medio oeste superior.

Aunque el conjunto de datos más completo se basó en pozos de EE. UU., El equipo también examinó otros conjuntos de muestras de las regiones de Asia, Australia, Europa, América del Norte y América del Sur, y descubrió que las tendencias de agua salobre tratable de los EE. UU. Probablemente se pueden replicar en la mayoría de las partes del mundo.

Conclusión

La información sobre las composiciones de agua subterránea salobre, junto con los mapas de las fuentes de agua subterránea salobre en todo el país, puede ayudar a guiar los planes para desarrollar nuevos recursos hídricos, creen los investigadores.

Los investigadores continúan estudiando las aguas subterráneas salobres, y esperan que el recurso se utilice pronto como un medio para expandir los suministros de agua dulce.  

"La creciente población y el calentamiento y el clima más variable plantean 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 de gestión integrada del agua para las muchas partes del mundo amenazadas por la escasez de agua ".

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