Desarrollo de membranas fototérmicas robustas y de doble función basadas en PPy para la cosecha simultánea de agua dulce y sal

Convertir la luz solar en agua potable y sal útil

Miles de millones de personas viven en regiones donde el agua limpia escasea, incluso cuando los océanos y las aguas residuales salinas nos rodean. Este estudio explora un nuevo tipo de membrana basada en tejido que usa únicamente la luz solar para producir agua dulce a partir de fuentes salinas o contaminadas, recuperando al mismo tiempo sales valiosas en lugar de desecharlas. El enfoque pretende reducir el consumo de energía, bajar los costes y minimizar los residuos líquidos, ofreciendo una vía práctica hacia un agua más limpia y un uso más inteligente de los recursos.

Un tejido sencillo que absorbe la luz solar

El núcleo del trabajo es un recubrimiento delgado y oscuro hecho de un plástico conductor llamado polipirrol (PPy), depositado sobre tejidos de poliéster comunes. Cuando la luz solar incide sobre el PPy, éste absorbe fuertemente en un amplio espectro de longitudes de onda y lo convierte en calor con gran eficiencia. Los investigadores emplearon un método sin disolventes, la polimerización por deposición en fase vapor, para formar una capa uniforme de PPy sobre tejidos tejidos o no tejidos. De forma ingeniosa, solo se recubre el lado superior de la tela, dejando el lado inferior hidrofílico para que pueda capilar el agua desde abajo mientras la cara oscura superior mira al sol y se calienta. Este diseño mantiene un flujo constante de agua hacia la superficie caliente a la vez que minimiza el uso de materiales y productos químicos.

Ajustar la fórmula para un calentamiento máximo

Para construir la capa de PPy, el equipo probó varios agentes oxidantes —sustancias que inducen la formación del polímero—, incluyendo cloruro férrico, cloruro de cobre, persulfato de amonio, permanganato de potasio y dicromato de sodio. Variando su concentración y la cantidad mínima de monómero de pirrol utilizada, encontraron condiciones que generaban una piel continua y negra como el azabache de PPy sobre las fibras. La microscopía mostró que las fibras recubiertas desarrollaron una superficie rugosa y finamente texturizada, lo que reduce la reflexión de la luz y ayuda a atrapar más energía solar. Mediciones ópticas confirmaron que las mejores membranas absorbían más del 94 % de la luz incidente desde el ultravioleta hasta el infrarrojo, mucho más que las telas sin recubrimiento. Bajo una iluminación de un sol (la intensidad de la luz solar al mediodía), estas membranas optimizadas se calentaron rápidamente hasta aproximadamente 60–65 °C, notablemente más que la tela sin recubrimiento.

Impulsar la evaporación con una piel caliente y delgada

Cuando estos tejidos recubiertos con PPy se flotaron sobre agua y se expusieron a luz solar simulada, aumentaron considerablemente la tasa de evaporación del agua. El agua plana sin membrana se evaporó lentamente, a unos 0,22 kilogramos por metro cuadrado por hora. Añadir la tela sin recubrimiento ya triplicó esta tasa, pero el recubrimiento de PPy la elevó aún más: hasta 0,95 kg m−2 h−1 para tejido no tejido tratado con cloruro de cobre y 0,93 kg m−2 h−1 para tejido tejido tratado con persulfato de amonio. Aunque se utilizaron cantidades muy pequeñas de pirrol, las membranas alcanzaron una eficiencia de conversión solar a calor de alrededor del 57 %. Bajo una iluminación más intensa, de tres soles —similar a la luz solar concentrada—, la mejor membrana impulsó la evaporación hasta 2,91 kg m−2 h−1 mientras permanecía estable a lo largo de ciclos repetidos de calentamiento.

Agua dulce arriba, cristales en el borde

Más allá de producir agua limpia, estas membranas están diseñadas para ayudar a recuperar las sales que de otro modo se convertirían en residuo. A medida que la superficie se calienta y el agua pasa a vapor, el vapor ascendente se recoge y condensa como agua casi pura, mientras que la solución restante se vuelve más concentrada. Debido a que la superficie de PPy es hidrofóbica y rugosa, los cristales de sal se forman preferentemente en los bordes de la zona de evaporación en lugar de obstruir la zona caliente central. En pruebas con cloruro de sodio, sulfato de cobre y cloruro de hierro a concentraciones realistas de agua de mar y salmueras, el sistema mantuvo altas tasas de evaporación y produjo anillos visibles de sal que podían cosecharse con facilidad. En una demostración, una membrana operando con una solución al 7 % de sal recuperó el 100 % de la sal disuelta, a una tasa de recolección de sal de aproximadamente 58,6 gramos por metro cuadrado por hora, todo ello mientras continuaba generando agua dulce.

Hacia agua más limpia sin líquido residual

En términos prácticos, esta investigación muestra que un material de bajo coste y aspecto textil puede convertir la luz solar tanto en agua potable como en sal reutilizable, sin necesidad de bombas de alta presión, electrónica compleja ni grandes cantidades de productos químicos. Las membranas recubiertas con PPy son robustas, lavables y compatibles con salmueras y aguas residuales del mundo real, incluidas corrientes ácidas o alcalinas. Dado que pueden concentrar los residuos salinos hasta dejar virtualmente ningún líquido, apoyan el ambicioso objetivo de "descarga líquida cero", en el que el agua se recicla y los sólidos se recuperan en lugar de ser vertidos. Con más ingeniería y escalado, tales membranas solares podrían desempeñar un papel clave en sistemas pequeños y descentralizados que ayuden a comunidades costeras, granjas e industrias a asegurar agua dulce mientras reducen la contaminación y los residuos.

Cita: Mahmoud, M.T., Abdel-Ghafar, H.M., El-Sherif, A.A. et al. Development of robust dual functioning PPy-based photothermal membranes for simultaneous freshwater and salt harvesting. Sci Rep 16, 5945 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35812-y

Palabras clave: desalinización solar, membrana fototérmica, cosecha de agua dulce, recuperación de sal, descarga líquida cero