una posible solución para la futura disponibilidad de

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Agua y Riego
Grafeno:
UNA POSIBLE SOLUCIÓN PARA LA FUTURA
DISPONIBILIDAD DE AGUA DE RIEGO
El grafeno es un material
en base a carbono que está
revolucionando el mundo
gracias a sus excelentes
características que mejoran
la conducción eléctrica y la
producción de energía. Podría
reducir drásticamente los
procesos de desalación del
agua y hacerlos aptos para la
aplicación agrícola.
más electroconductivo que el cobre.
Un gramo se puede distribuir en 2.600
metros cuadrados de superficie. Permite aumentar la eficiencia fotovoltaica
entre 50 y 100 veces… Este avance
nos permite pensar en una gran revolución que se nos viene”. En resumen,
entre sus propiedades más sobresalientes destaca que es transparente,
flexible, extraordinariamente resistente, impermeable, abundante, económico y conduce la electricidad mejor que
ningún otro metal conocido.
Por Jorge Velasco Cruz
Su descubrimiento llevó a que en 2010,
los científicos de origen ruso Andre
Geim y Konstantin Novoselov, fueran
galardonados con el Premio Nobel de
Física. Ambos obtuvieron el grafeno a
partir del grafito normal y lograron una
lámina de un grosor de solo un átomo. Sus aplicaciones son múltiples y
van desde elementos electrónicos con
pantallas flexibles y transparentes, baterías ultrarrápidas, potentes paneles
solares… y nuevos sistemas de desalación de agua.
E
l agua fresca es un bien escaso a nivel mundial. Ésta representa apenas el 2,5% del agua
que hay en la tierra y de ella, apenas
el 1,2% es superficial (ríos, lagunas,
hielos); el resto está acumulada principalmente en glaciares de difícil acceso
y en acuíferos. En este contexto, Chile
presenta un escenario hídrico preocupante, con acuíferos sobreexplotados,
precipitaciones cada vez más escasas
y embalses con niveles históricos mínimos.
A ello se suma la presión de los diversos sectores productivos por utilizar
los recursos hídricos. En las aguas superficiales, el sector silvoagropecuario
usa el 73%, el minero emplea el 12%,
el minero utiliza el 9% y el consumo
de agua potable se lleva el 6%. Su demanda, además, irá en aumento. Si el
año 2000 el mundo consumía 3.500
km3 de agua, para el 2050 se calcula
que éste aumentará a unos 5.500 km3,
y todo esto sucederá en un escenario
estructural de cambio climático que
conlleva menos lluvias y temperaturas
más altas.
Así las cosas, hace varios años en el
mundo se comenzó a mirar al mar
–donde está el 96,5% del agua mundial- para abastecerse. Hay más de
16.000 plantas desaladoras en todo el
orbe, que tratan unos 67 millones de
metros cúbicos al día en 150 países.
Su crecimiento ha sido muy acelerado,
puesto que en una fecha tan reciente
como el año 2002, se trataban sólo 15
millones de m3, a través de sistemas
de osmosis directa e inversa. En Chile
Abril 2015
Estructura del grafeno
se ha utilizado la desalación principalmente en las regiones del norte del
país –especialmente en Antofagasta-,
con al menos una decena de plantas
para uso doméstico e industrial. La utilidad para la agricultura, sin embargo,
todavía es incierta debido al elevado
valor que el agua desalada presenta en
la actualidad.
EL GRAFENO: UN MILAGRO RECIENTE
Para la década de 1960, el costo de desalar un metro cúbico de agua llegaba a
Planta desaladora de agua marina de Sidney
US$16. Éste se redujo a US$1 por metro cúbico el año 2000 y a US$ 0,35/
m3 el 2010. Las perspectivas apuntan a
que al año 2016 éste se podría reducir
a… US$ 0,01 /m3. La razón: el desarrollo de un nuevo material, el grafeno.
“El grafeno -comenta el ingeniero agrónomo, doctor y académico de la PUC,
Luis Gurovich.- es un material 200 veces más duro que el acero, pero es
flexible. Es 90% más delgado que una
hoja de papel de carta. Es 60 veces
UN NUEVO ORDENAMIENTO TERRITORIAL
En 2012, dos investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts
(MIT) - el profesor Jeffrey Grossman y
Agua y Riego
se en el consumo hídrico de 7.500
m3/ha al año, el costo por hectárea
con agua desalada podría bajar desde US$2.625 anuales en 2014 a sólo
US$75 en el futuro próximo.
Andre Geim
el alumno David Cohen-Tanugi,- lograron una película de óxido de grafeno
con poros de 1,8 nm y demostraron en
simuladores que éstos pueden filtrar la
sal del agua a una velocidad 2 a 3 veces mayor que la mejor tecnología de
desalinización comercial que existe en
la actualidad.
Y es que, en cambio, en el proceso
de osmosis inversa (OI), se utiliza
una membrana gruesa, de un espesor mil veces superior al de la lámina de grafeno. La OI filtra el agua de
mar, sometiéndola a una gran presión, muy elevada, para que sólo el
agua potable atraviese la membrana,
separándola de la salmuera resultante. Este sistema requiere de presiones extremadamente altas –y por
tanto es altamente demandante de
energía– para obligar al agua a pasar
a través de las membranas, que son
Konstantin Novoselov
unas mil veces más gruesas que el
grafeno, que funciona a una presión
mucho menor y, en consecuencia,
podría purificar el agua a un costo
mucho más bajo, según señalan los
investigadores.
“Este trabajo muestra que algunos de
los inconvenientes de las técnicas de
desalinización actuales podrían evitarse mediante la invención de materiales
de membrana más eficientes y específicos. En particular, la nanoestructuración de las membranas podría permitir,
para el caudal de agua real por medio
de la exclusión por tamaño, una mucho
mayor permeabilidad en comparación
con la osmosis inversa”, sostiene Jeffrey Grossman.
Se estima que gracias a su uso el
costo de la desalación llegaría a US$
0,01 /m3. De esta manera, basándo-
“Esto sería un costo marginal respecto al costo de producción. Por lo tanto,
nos llevaría a un nuevo ordenamiento territorial. Habría mejoras como la
producción agrícola con temperatura
controlada o conducción de agua por
el desierto… Esto tendría implicancias
socioeconómicas tremendas: full alimentación a nivel global, salud y desarrollo sustentables, redistribución de la
población, y control del CO2 y del O2 a
través de la fotosíntesis”, sostiene Luis
Gurovich.
El desafío, sin embargo, radica en fabricar estas membranas a gran escala.
La meta podría alcanzarse el año 2016.
Ing. Agrónomo, doctor, Luis Gurovich
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¿QUÉ ES EL GRAFENO Y
CUÁLES SUS POSIBLES USOS?
Definición:
• Es una capa bidireccional de carbono es una red cristalina de formas hexagonales. Su espesor es
de un átomo (0,1 nm).
Características:
• Excelente conductor de electricidad y calor.
• Resistencia y dureza (superior al
acero).
• Flexibilidad mecánica de 10%,
superior al silicio (1%).
• Transparencia: 97,3%
Algunos Usos:
• Pantallas táctiles flexibles.
• Reemplazo del silicio. Los procesadores serían 10 veces más veloces, ligeros y eficientes.
• Fabricación de aviones y naves
espaciales más ligeros y resistentes.
• Procesos más económicos para
desalar agua.
De ser así, cuánto tiempo demore en
llegar a Chile y, específicamente, en
ser aplicada esta tecnología en la agricultura está por verse. Pero al menos
abre una ventana para aumentar la
disponibilidad de agua para riego en el
mediano plazo.