Tener agua potable segura es vital para la salud pública, pero los métodos tradicionales de desinfección causan sus propios problemas ambientales. El cloro es barato y fácil de usar en sistemas de agua centralizados, pero a expensas de subproductos químicos nocivos.

Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han encontrado una forma de usar pequeñas descargas de electricidad para desinfectar el agua, reduciendo el consumo de energía, el costo y el impacto ambiental. La tecnología podría integrarse en la red eléctrica o incluso alimentarse con baterías.

« Esta es una tecnología de desinfección bastante nueva, y queremos demostrarla primero a pequeña escala y luego mejorar sus aplicaciones del mundo real para la purificación de agua en el punto de uso o fuera de la red », dijo Xing Xie, Carlton S. Profesor Asistente Wilder en la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental.

Xie y su investigador postdoctoral Ting Wang publicaron el artículo, « Inactivación de bacterias en nanosegundos realizada por tratamiento de campo eléctrico mejorado localmente », en Nature Water en enero.

Localización de electricidad

Aunque el tratamiento de campo eléctrico convencional (CEFT) se aplica para la pasteurización de alimentos, no se ha utilizado mucho para la desinfección del agua potable debido a su costo relativamente alto. Cuando el agua y las bacterias se exponen a la electricidad, la membrana de la célula bacteriana actúa como un condensador en un circuito. Por lo general, en CEFT, la baja conductividad del agua significa que los pulsos de nanosegundos no cargarán la membrana lo suficientemente rápido como para matar las bacterias.

Los investigadores crearon un campo eléctrico mejorado localmente (LEEFT) que llevó la electricidad directamente a la bacteria. Los electrodos tienen nanopuntas de oro que acumulan cargas concentradas instantáneamente cuando se conectan a la electricidad, lo que permite que las cargas viajen a la membrana y eliminen las bacterias mucho más rápido.

« Esta inactivación ultrarrápida de bacterias usando solo pulsos de nanosegundos es una sorpresa porque, teóricamente, los pulsos de nanosegundos son demasiado cortos para matar las bacterias en el tratamiento de campo eléctrico convencional porque la membrana tarda en cargarse », dijo Wang. « Pero con las nanocuñas y las nanoestructuras de LEEFT, las células bacterianas pueden cargarse directamente con el nanometal, desinfectando rápidamente el agua ».

Innovación eléctrica

Para probar la tecnología, fabricaron nanocuñas de oro en el borde del electrodo de un chip. Luego agregaron la bacteria modelo Staphylococcus al chip, una bacteria de uso común en los laboratorios y que a menudo se encuentra en los sistemas de agua. A continuación, aplicaron pulsos eléctricos y observaron cómo reaccionaban las bacterias en tiempo real bajo un microscopio.

Cuando se aplicó electricidad a 40 kilovoltios por centímetro durante 200 nanosegundos, el 95 % de las nanocuñas mató con éxito a la bacteria. En comparación con EFT convencional, LEEFT reduce ocho veces la intensidad del campo ecléctico aplicado y acorta el tiempo de tratamiento un millón de veces.

« Descubrimos que incluso los pulsos de nanosegundos podrían matar las bacterias en la IZQUIERDA y no en otras circunstancias », dijo Wang. Esta descontaminación casi instantánea reduce la cantidad de electricidad que se necesita para desinfectar el agua, lo que la convierte en una opción de saneamiento asequible y apunta a un futuro en el que la producción de agua limpia puede tener menos consecuencias para el medio ambiente.