IlyaHaykinson, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons

La disponibilidad de agua potable y el enfoque integrado de su gestión que implique la reutilización, el reciclado de las aguas residuales, es un desafío para la humanidad al que la química aporta soluciones desde hace décadas.

El agua es esencial para la vida. En la Tierra hay unos 1.400 millones de km3 de agua, que ayudan a amortiguar las diferencias de temperatura que se producirían en las distintas estaciones del año, o entre el día y la noche.

Menos del 3% del total de agua de nuestro planeta es dulce y de ésta, el 2,5% está congelada en las regiones polares y glaciares. La humanidad debe conformarse con el restante 0,5% para satisfacer sus necesidades de consumo y mantener los ecosistemas.

Gracias a la desinfección y potabilización del agua, ya sea mediante cloro, radiación ultravioleta, oxígeno, ozono o peróxido de hidrógeno, hoy podemos beber agua sin riesgo de contraer enfermedades. Además, se están incorporando nuevas tecnologías para la desalación de agua de mar y descontaminación de aguas residuales.

Los primeros métodos de tratamiento del agua trataban, principalmente, de mejorar sus características; eliminar su turbidez, color, olor o sabor desagradable.

Filtración: de los filtros de arena y carbón a las aleaciones de metales líquidos

Hervir el agua, ponerla al sol, filtrarla a través de carbón leña o de arena, o almacenarla en recipientes de cobre, e incluso añadir ciertas sustancias minerales y vegetales para facilitar la precipitación de partículas, son métodos conocidos desde la antigüedad.

No obstante, el primer sistema de suministro de agua potable a toda una ciudad fue realizado por John Gibb en 1804, quien logró abastecer de agua filtrada a la ciudad de Glasgow, Escocia. 

Dos años más tarde, en 1806, se pone en funcionamiento en París una gran planta de tratamiento de agua, en la que esta se dejaba sedimentar durante 12 horas, para filtrarla a continuación con el empleo de filtros de arena y carbón.

Desde esos días a la actualidad se ha avanzado mucho en este sentido. es posible citar como ejemplo a un grupo de científicos del Instituto Real de Tecnología de Melbourne, que ha desarrollado una innovación , basada en la nanotecnología, relativamente sencilla, ecológicamente sostenible y económica, que multiplica por cien la velocidad de filtrado de las tecnologías actuales.

Se trata de una aleación que combina metales líquidos basados en galio y aluminio. Al entrar en contacto con el agua, la aleación comienza a producir espontáneamente sucesivas películas de óxido de aluminio 100,000 veces más finas que un cabello humano. El material formado ofrece una gran porosidad, permitiendo el paso rápido del agua mientras retiene los contaminantes. Si el principal objetivo era la retención de los metales pesados y aceites, el tamaño de los poros permitirá también la retención de sulfatos, fosfatos y otras impurezas.

Evaporación: de la leña a los geles poliméricos y las bolsas de plástico

La ebullición ha sido el método preferido durante siglos para desinfectar el agua. También se han utilizado otros agentes desinfectantes a través del tiempo, que incluyen el cobre, la plata, el cloro, el ozono y la radiación ultravioleta.

Otra de las técnicas más utilizadas para purificar el agua es la evaporación. Este proceso  permite la eliminación de las partículas sólidas (metales pesados, sal u otras impurezas). Sin embargo, pararealilzarla es preciso calentar el agua, lo que requiere una gran cantidad de energía que normalmente proviene de fuentes eléctricas o de costosos sistemas ópticos que concentran la luz del sol.

En la actualidad, científicos de la Universidad de Texas han desarrollado un gel-polimérico con gran afinidad por el agua y enorme capacidad de absorción de la luz solar. El material se dispone sobre el agua y, al ser expuesto al sol, a temperatura ambiente, genera vapor de agua que se recoge en un condensador. El proceso, testado con aguas del Mar Muerto, ha permitido obtener agua potable según los requisitos de la Organización Mundial de la Salud (OMS) y con una gran eficiencia.

En esta línea, un equipo de la Universidad de Cádiz ha desarrollado unas bolsas de plástico que, con la ayuda de la luz del sol, logran eliminar del agua contaminada las bacterias causantes de enfermedades digestivas agudas. Un sistema que, según los detalles que publican sus responsables, podría mejorar en muchos sentidos el actual método SODIS, pionero en utilizar botellas de plástico y la exposición del agua a la luz solar para desinfectarla de organismos dañinos para la salud. Las ventajas que presentan son su durabilidad y que requieren hasta 6 veces menos tiempo de exposición solar para purificar el agua que las botellas PET .

Aplicación metodo SODIS en Indonesia / SODIS Eawag, CC BY 3.0, via Wikimedia Commons

Transporte: del plomo al polietileno y de los acueductos a los contenedores

Una cuestión de gran importancia con relación al agua es que, a pesar de tratarse de un bien común, no es accesible a casi 700 millones de personas en el mundo, según datos de OMS. Una vez que el agua es apta para el consumo debe ser distribuida a todos los hogares.

Para lograr este fin se empezaron a construir tuberías. El plomo fue el material más utilizado en su construcción, ya  que es maleable y estable. Más tarde, estudios sobre su toxicidad llevaron a la prohibición de su uso y se sustituyó por otros materiales.

En las tuberías de viviendas, el material más usado ha sido el plástico, económico y bajo peso, con buenas prestaciones y gran poder aislante, mientras que el cloruro de polivinilo (PVC) y el polietileno son óptimos para redes de abastecimiento de agua potable, saneamiento, riego y evacuación de aguas residuales y pluviales debido a su versatilidad.

Los materiales plásticos también permiten el abastecimiento de aguas a zonas aisladas. Así, el Instituto Tecnológico del Plástico (Aimplas) ha completado con éxito el desarrollo de una nueva tecnología para el transporte de agua dulce por mar, a través de contenedores construidos con plásticos y fibras sintéticas, flexibles y flotantes, de dos millones de litros de capacidad, como alternativa a los proyectos basados en conducciones submarinas.

La clave del éxito del contenedor flotante radica en la resistencia del material y su diseño modular, que permite ensamblar diferentes módulos gracias a una serie de cremalleras para así adaptar la capacidad máxima de carga a las necesidades del transporte. Además, pueden ser transportados por un remolcador convencional, lo que supone un importante ahorro de combustible y de emisiones frente a otros métodos, como el de los buques cisterna, o frente a otras alternativas de abastecimiento, como las plantas desaladoras.

Son muchas más las aportaciones de la química en este campo, como las membranas semipermeables para las desaladoras, o los materiales y tecnologías necesarias para la obtención de agua altamente purificada, imprescindible en la industria farmacéutica y para el tratamiento de aguas residuales industriales, garantizando la disponibilidad de agua y saneamiento para todos y su gestión sostenible.