No importa en qué parte del mundo se encuentre, el profesor Karl Linden quiere que pueda abrir un grifo y recibir agua potable limpia. Es una necesidad básica, pero vital, que todavía falta en grandes franjas de Estados Unidos y países de ingresos bajos y medianos.
“Las personas merecen tecnología confiable y confiable cuando se trata de algo tan esencial como el agua”, dijo Linden, profesor de Mortenson Endowed en Desarrollo Sostenible en CU Boulder. "Los recursos hídricos son cada vez más escasos y debemos pensar en la próxima generación de opciones de tratamiento eficientes y asequibles".
La Organización Mundial de la Salud estima que unos 785 millones de personas carecen de acceso incluso a la filtración básica de agua potable, lo que las deja vulnerables a patógenos como el cólera y la disentería. Se espera que el problema aumente en las próximas décadas debido al crecimiento de la población y al aumento de la presión sobre la disponibilidad de agua.
Mientras tanto, la tecnología de tratamiento no ha cambiado mucho en más de un siglo. Los productos químicos de filtración y desinfectantes a base de arena o carbón se emplean comúnmente tanto en las instalaciones municipales como en la vida cotidiana, desde los filtros Brita para el hogar hasta las tabletas de cloro. Sin embargo, ambos métodos tienen sus limitaciones: la filtración es costosa de entregar a las comunidades rurales a gran escala y los productos químicos pueden agregar un sabor desagradable.
Karl Linden observa un cultivo bacteriano en su laboratorio. Karl Linden inspecciona el equipo para desinfectar el agua potable Arriba: Karl Linden (izquierda) inspecciona un cultivo bacteriano con la estudiante graduada Tara Randall y el investigador asociado postdoctoral Ben Ma en su laboratorio; abajo: Linden y Randall revisan las herramientas para desinfectar el agua potable. (Créditos: Casey Cass)
Linden, miembro del Departamento de Ingeniería Civil, Ambiental y Arquitectónica que ha estado investigando el tratamiento del agua durante décadas, está enfocado en una solución diferente: la desinfección ultravioleta. Los rayos UV pueden eliminar patógenos dañinos como E. coli y Giardia en una escala de segundos en comparación con minutos, sin efectos secundarios dañinos. Y aunque no es una idea nueva (las grandes ciudades como Nueva York ya usan UV en sus servicios públicos), históricamente ha sido difícil de llevar al nivel del consumidor individual.
“La luz ultravioleta ha existido durante décadas y se utiliza en el tratamiento de agua municipal e industrial en todo el mundo, pero su potencial para una mayor innovación y aplicación se ha reducido debido al uso de lámparas de vapor de mercurio voluminosas y peligrosas”, dijo Linden. "Pero estamos interesados en nuevas fuentes UV con arquitecturas únicas que nos permitirán avanzar en esta tecnología prometedora".
Agua rural
En los últimos años, Linden y sus colegas han centrado la investigación en los diodos emisores de luz ultravioleta, que son más pequeños (milímetros de ancho), más ágiles y más duraderos. Los LED UV se pueden montar en paralelo, con diodos de longitud de onda de emisión múltiple para permitir una variedad de aplicaciones optimizadas.
Otro beneficio: los LED UV son de “encendido instantáneo” y no requieren ningún tiempo de calentamiento antes de comenzar a eliminar los contaminantes, lo que permite a los usuarios ahorrar dinero ejecutando los dispositivos solo cuando lo necesitan. El agua extraída de un pozo, por ejemplo, sería potable inmediatamente después de un rápido tratamiento UV sin el desagradable sabor a cloro.
Linden y sus estudiantes completaron recientemente un estudio de un año único en su tipo en Jamestown, Colorado, comparando la desinfección con LED UV con el tratamiento de cloro establecido en la ciudad. Descubrieron que para una ciudad de alrededor de 500 personas sin una gran planta de agua, la tecnología UV proporcionaba capacidades de desinfección igualmente eficaces sin los productos químicos añadidos. La nueva tecnología solo cuesta unos pocos dólares al mes en electricidad y puede funcionar directamente con energía solar.
“Los sistemas rurales a pequeña escala son un lugar natural para comenzar con esto”, dijo Linden. “Tienen la mayoría de las infracciones de salud porque normalmente no tienen ingenieros ni personal dedicado al tratamiento de agua. Es posible que dependan de un sistema que no siempre funciona correctamente. Así que creemos que esta tecnología es una gran solución porque se puede operar de forma remota, autónoma y alimentada por energía solar para reducir el consumo de energía ".
A principios de este año, Linden ganó el Premio a la Innovación en Investigación Dr. Pankaj Parekh de la Water Research Foundation por sus logros en el avance de la ciencia del agua.
Tratamiento que dura
En los próximos años, los próximos pasos podrían implicar la integración de LED UV directamente en la infraestructura. Linden imagina grifos con diodos integrados en los grifos, que se activan instantáneamente cuando abre el agua. Su grupo de laboratorio ha comenzado a buscar formas de construir diodos en tuberías para crear una red de puntos desinfectantes en todo el sistema, mitigando el crecimiento de biopelículas en entornos de alto riesgo como hospitales.
"Realmente sentimos que esta tecnología es sostenible y está preparada para revolucionar este campo", dijo Linden. "Queremos trabajar directamente con más administradores de agua para pensar en estas mejoras, probar cosas nuevas y, finalmente, unir la investigación a las aplicaciones prácticas".
A nivel nacional, se está generando un impulso en torno al tema. Este otoño, el Departamento de Energía de EE. UU. Anunció la creación del Centro de desalinización de agua y energía de $ 100 millones, una asociación interdisciplinaria que se centrará en la investigación y el desarrollo en etapas iniciales para el tratamiento de agua con eficiencia energética y costos competitivos. El esfuerzo será dirigido por la Alianza Nacional para la Innovación del Agua, de la cual CU Boulder es socio académico fundador.
Linden, quien dirigirá los esfuerzos de CU Boulder bajo el Hub, dice que el prestigioso premio subraya un interés renovado en abordar la seguridad del agua, que siempre ha sido su vocación.
“Siento que tengo la misión de impulsar a la sociedad hacia la próxima generación de enfoques de tratamiento”, dijo. “Algunas innovaciones ya se han afianzado y han ganado tracción. Pero hemos tenido tantos avances en la sociedad y la tecnología, como la detección remota, el análisis de datos y el monitoreo en tiempo real, que aún no hemos aprovechado al máximo para la seguridad del agua ”.
Linden también es el investigador principal del Centro Mortenson de Ingeniería Global de CU Boulder en el proyecto de 5 años y $ 15,3 millones de la Asociación de Aprendizaje de Sistemas WASH Sostenibles, que se enfoca en mantener la implementación exitosa de sistemas de agua por parte de organizaciones como USAID a largo plazo.
“En muchos países de bajos recursos, vemos que se instala una bomba manual o un sistema de agua y el tratamiento se instala y funciona por un tiempo, pero luego, finalmente, se rompe y se pierde el progreso”, dijo Linden. “Entonces, ¿por qué es eso y qué se puede hacer al respecto? Ahí es cuando necesitamos pensar de manera más integral sobre el sistema que está disponible para respaldar los servicios de agua sostenibles a largo plazo, y la tecnología mejorada, integrada e innovadora, como en la que estamos trabajando en el Centro Mortenson, es un aspecto de la solución ”.
¿El objetivo final? Llevando soluciones de agua a la vida diaria sin problemas en todo el mundo.
“Abres el grifo y sale el agua y ya está tratada y ni siquiera tienes que pensar en eso”, dijo. "Ese es el santo grial".
