La acuciante escasez de agua fue el tema de la propuesta de la brasileña Nadia Ayad, que recibió el primer premio en el Graphene Challenge organizado por Sandvik Coromant en la primavera de 2016. Ayad, de 23 años, diseñó un sistema de filtrado y desalinización para viviendas que utiliza el grafeno para reciclar el agua, lo que reduce la energía consumida en el proceso y descarga de presión las redes de distribución de agua.
«Los recursos hídricos son cada vez más limitados» asegura. «Los estudios de la ONU demuestran que en algunas zonas el agua será un bien escaso en torno al año 2040 o 2050, por lo que hay que encontrar mejores formas de procesar el agua que las actuales, para que las nuevas generaciones puedan seguir disfrutando de este recurso».
«Los recursos hídricos son cada vez más limitados» asegura. «Los estudios de la ONU demuestran que en algunas zonas el agua será un bien escaso en torno al año 2040 o 2050, por lo que hay que encontrar mejores formas de procesar el agua que las actuales, para que las nuevas generaciones puedan seguir disfrutando de este recurso».
El Graphene Challenge, iniciativa que se celebró entre abril y mayo de 2016, se marcó el reto de servir de inspiración a los jóvenes ingenieros invitándoles a plantear propuestas innovadoras y sostenibles para utilizar el grafeno en las viviendas del futuro. Nadia, originaria de Río de Janeiro y estudiante del Instituto Militar de Engenharia, no pudo resistir la tentación de participar en el desafío. «En clase todos habíamos oído hablar del grafeno, un material increíble que seguramente tendrá un gran protagonismo en el futuro, gracias a sus interesantes propiedades».
«Empecé a leer sobre el tema y traté de encontrar una aplicación práctica», explica.
«Hasta ahora el grafeno siempre había sido muy caro y, por tanto, su uso residencial no era viable. Pero leí en algunos artículos que cada vez es más barato».
La propuesta que Nadia presentó al Graphene Challenge consistió en utilizar el grafeno como filtro en un sistema de desalinización doméstico. En su opinión, el filtro de grafeno debería permitir que su solución funcionara mucho más rápido que otros sistemas existentes similares.
«Empecé a leer sobre el tema y traté de encontrar una aplicación práctica», explica.
«Hasta ahora el grafeno siempre había sido muy caro y, por tanto, su uso residencial no era viable. Pero leí en algunos artículos que cada vez es más barato».
La propuesta que Nadia presentó al Graphene Challenge consistió en utilizar el grafeno como filtro en un sistema de desalinización doméstico. En su opinión, el filtro de grafeno debería permitir que su solución funcionara mucho más rápido que otros sistemas existentes similares.
Como ganadora del Graphene Challenge, Nadia viajará a Suecia en noviembre para visitar las instalaciones de Sandvik Coromant en Sandviken y el Graphene Centre de la Universidad de Chalmers.
A causa de la difícil coyuntura económica actual de Brasil, muchos de los ingenieros recién titulados que han compartido aulas con Nadia están teniendo problemas para encontrar trabajo. En su caso, sin embargo, su gran sueño siempre ha sido trabajar en el mundo académico y especializarse en ingeniería de biomateriales y tejidos.
«Me atrae mucho el campo médico», explica. «Me gustaría poder aplicar soluciones de ingeniería para crear productos que marquen un antes y un después, y que ayuden a superar enfermedades que actualmente son difíciles de tratar».
Nadia también alberga muchas esperanzas en relación con el papel que la ingeniería puede desempeñar en el mundo del futuro.
«Sabemos que la ingeniería puede tener muchas aplicaciones, pero también que necesitamos el apoyo de la población y que las soluciones tienen que ser sostenibles», reflexiona. «Si somos conscientes de la necesidad de avanzar y de la necesidad de hacerlo de forma sostenible, entonces la ingeniería también debe seguir este camino. Seguro que así entre todos conseguiremos un mundo mucho más sostenible que el actual».
A causa de la difícil coyuntura económica actual de Brasil, muchos de los ingenieros recién titulados que han compartido aulas con Nadia están teniendo problemas para encontrar trabajo. En su caso, sin embargo, su gran sueño siempre ha sido trabajar en el mundo académico y especializarse en ingeniería de biomateriales y tejidos.
«Me atrae mucho el campo médico», explica. «Me gustaría poder aplicar soluciones de ingeniería para crear productos que marquen un antes y un después, y que ayuden a superar enfermedades que actualmente son difíciles de tratar».
Nadia también alberga muchas esperanzas en relación con el papel que la ingeniería puede desempeñar en el mundo del futuro.
«Sabemos que la ingeniería puede tener muchas aplicaciones, pero también que necesitamos el apoyo de la población y que las soluciones tienen que ser sostenibles», reflexiona. «Si somos conscientes de la necesidad de avanzar y de la necesidad de hacerlo de forma sostenible, entonces la ingeniería también debe seguir este camino. Seguro que así entre todos conseguiremos un mundo mucho más sostenible que el actual».
Una membrana de desalinización de grafeno Las membranas de grafeno podrían utilizarse como mecanismo de filtración en un sistema de potabilización doméstico, para filtrar el agua de una lavadora o del fregadero y convertirla en agua potable. De este modo, se reduciría el consumo de energía de las plantas potabilizadoras y se aliviaría el esfuerzo al que está sometida la red pública de suministro de agua.
La propuesta ganadora de Nadia Ayad
Así presentó Nadia Ayad su solución en la propuesta que envió al Graphene Challenge:
El grafeno es actualmente el horizonte más prometedor de la ciencia de los materiales. Las propiedades documentadas hasta la fecha son abundantes y esperanzadoras: es elástico, transparente y superconductivo, tiene la capacidad de filtrar los gases y los líquidos molécula a molécula, con una gran conductividad térmica y eléctrica, y también de convertir la luz en energía, y es 200 veces más duro que el acero en peso. Asimismo, sus costes de producción son cada vez más bajos: investigadores de la Universidad de Glasgow han hallado la forma de producir grandes láminas de grafeno con un coste 100 veces inferior al del método de producción anterior.
Sin embargo, una de las aplicaciones que considero más interesantes es el uso del grafeno como sistema de filtración. Investigadores de la Universidad de Mánchester han publicado estudios que demuestran que la utilización de membranas de óxido de grafeno permite un cribado molecular extremadamente rápido y preciso. El grafeno en estado sólido crea un vacío, pero al sumergirlo en agua, gracias a sus microporos, permite el paso rápido de dos capas monomoleculares de agua y pequeños iones, a un nivel muy superior al que se obtendría únicamente por difusión. En lo que respecta a sus propiedades de separación, una gran fuerza capilar facilita la penetración precisa de pequeños iones (de menos de nueve angstroms). En cambio, se obtiene un bloqueo eficaz de los iones más grandes.
Así presentó Nadia Ayad su solución en la propuesta que envió al Graphene Challenge:
El grafeno es actualmente el horizonte más prometedor de la ciencia de los materiales. Las propiedades documentadas hasta la fecha son abundantes y esperanzadoras: es elástico, transparente y superconductivo, tiene la capacidad de filtrar los gases y los líquidos molécula a molécula, con una gran conductividad térmica y eléctrica, y también de convertir la luz en energía, y es 200 veces más duro que el acero en peso. Asimismo, sus costes de producción son cada vez más bajos: investigadores de la Universidad de Glasgow han hallado la forma de producir grandes láminas de grafeno con un coste 100 veces inferior al del método de producción anterior.
Sin embargo, una de las aplicaciones que considero más interesantes es el uso del grafeno como sistema de filtración. Investigadores de la Universidad de Mánchester han publicado estudios que demuestran que la utilización de membranas de óxido de grafeno permite un cribado molecular extremadamente rápido y preciso. El grafeno en estado sólido crea un vacío, pero al sumergirlo en agua, gracias a sus microporos, permite el paso rápido de dos capas monomoleculares de agua y pequeños iones, a un nivel muy superior al que se obtendría únicamente por difusión. En lo que respecta a sus propiedades de separación, una gran fuerza capilar facilita la penetración precisa de pequeños iones (de menos de nueve angstroms). En cambio, se obtiene un bloqueo eficaz de los iones más grandes.
Estas observaciones han motivado nuevos estudios sobre el potencial del grafeno utilizado como membrana de desalinización. Los métodos de desalinización actuales se basan en la ósmosis inversa. Los estudios han demostrado que la desalinización por grafeno ofrece un caudal de como mínimo un orden de magnitud superior que las mejores membranas de ósmosis inversa, lo que podría reducir notablemente la energía consumida en el proceso de desalinización.
La imparable globalización implica una reducción de los recursos hídricos del planeta. Se calcula que aproximadamente un 40 % de la población mundial vive en zonas con estrés hídrico. Esta cifra se calcula que aumentará hasta el 50-65 % en 2025. Y en el año 2050 casi la mitad de la población mundial vivirá en zonas con escasez de agua, aunque el 90 % del crecimiento demográfico se producirá en estas regiones.
En el contexto de las viviendas sostenibles, las membranas de grafeno podrían usarse como sistema de filtración y también en el tratamiento de aguas residuales. También podría usarse para filtrar y potabilizar aguas pluviales y las procedentes de lavadoras o fregaderos. Asimismo, las viviendas situadas cerca del mar podrían disponer de membranas de grafeno para la desalinización, lo que reduciría el coste de la obtención de agua potable.
A estos efectos, podrían instalarse membranas de óxido de grafeno en desagües de depósitos de aguas pluviales y también en plantas de tratamiento de aguas especiales para reutilizar el agua de uso doméstico, lo que reduciría la energía consumida en el tratamiento del agua y descargaría de presión las redes públicas de suministro de agua. Por tanto, el grafeno está destinado a ocupar un lugar muy importante en nuestros esfuerzos por conseguir un mundo más sostenible.
La imparable globalización implica una reducción de los recursos hídricos del planeta. Se calcula que aproximadamente un 40 % de la población mundial vive en zonas con estrés hídrico. Esta cifra se calcula que aumentará hasta el 50-65 % en 2025. Y en el año 2050 casi la mitad de la población mundial vivirá en zonas con escasez de agua, aunque el 90 % del crecimiento demográfico se producirá en estas regiones.
En el contexto de las viviendas sostenibles, las membranas de grafeno podrían usarse como sistema de filtración y también en el tratamiento de aguas residuales. También podría usarse para filtrar y potabilizar aguas pluviales y las procedentes de lavadoras o fregaderos. Asimismo, las viviendas situadas cerca del mar podrían disponer de membranas de grafeno para la desalinización, lo que reduciría el coste de la obtención de agua potable.
A estos efectos, podrían instalarse membranas de óxido de grafeno en desagües de depósitos de aguas pluviales y también en plantas de tratamiento de aguas especiales para reutilizar el agua de uso doméstico, lo que reduciría la energía consumida en el tratamiento del agua y descargaría de presión las redes públicas de suministro de agua. Por tanto, el grafeno está destinado a ocupar un lugar muy importante en nuestros esfuerzos por conseguir un mundo más sostenible.
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