Cleis Santos, la joven científica madrileña que sueña con agua limpia



22/03/2020
Archivado en: Agua , Nº 218 Septiembre/Octubre 2019

Cleis Santos (Madrid, 1989) es una pionera del futuro. A pesar de su juventud, o quizá por eso, tiene un propósito claro: mejorar el porvenir de la humanidad. A veces cuando se piensa en las mejoras y en el futuro existe la tendencia a imaginar enormes y dramáticos cambios, para bien o para mal. Pero el hecho es que las mayores transformaciones, las que tienen un efecto real sobre las vidas de las personas suelen ser innovaciones pequeñas en apariencia. Ese es el caso del propósito de Cleis Santos, un desarrollo tecnológico aparentemente sencillo pero que puede llegar a ser clave: “Llevo cuatro años desarrollando un sistema que permite tratar el agua y purificarla, es decir, desalinizarla y reducir contaminantes. Y además con bajo  consumo energético ya que al tiempo que trata el agua es capaz de almacenar energía”.

Esta investigadora del Instituto IMDEA Materiales de Madrid está desarrollando un dispositivo para la potabilización de agua que es sostenible y portátil. Hasta ahora, el tratamiento de aguas se realiza mayoritariamente con un sistema que se llama ósmosis inversa. Mediante esta técnica, el agua se pasa a través de unas grandes membranas que retienen los elementos que deben retirarse del agua para purificarla. Los principales problemas con la ósmosis inversa son dos: primero que para realizarla hay que construir enormes plantas de tratamiento, generalmente en las costas, y, segundo, que requiere de la utilización de compuestos químicos que, una vez utilizados, son vertidos al mar. 

Prototipo de dispositivo de desionización capacitativa

 

El problema del agua es cada día más acuciante: “En los próximos años –asegura la investigadora de IMDEA Materiales- vamos a tener una falta de agua tratada muy seria, en España y en general en toda la región mediterránea. Y ese problema no va a poder solucionarse solo con ósmosis inversa”. Y aquí es donde aparece su ingenio. Cleis Santos está poniendo a punto un sistema que podrá sustituir a la ósmosis inversa. Su técnica utiliza un dispositivo electroquímico llamado supercondensador. Pero su investigación va más allá: “El siguiente paso, en el que ya estamos, es sustituir el supercondensador por una batería que es algo con lo que estamos todos mucho más familiarizados”. La primera ventaja de la utilización de baterías es que permiten que la desalinización sea mayor incluso en aguas con concentraciones salinas elevadas. Este trabajo lo realiza Santos gracias a un acuerdo de colaboración entre los Institutos IMDEA Materiales y Energía de la Comunidad de Madrid. En este último centro se están llevando a cabo las pruebas experimentales piloto del concepto ideado por Cleis Santos.

 

Ingeniera química

Santos estudió Ingeniería Química en la Universidad Rey Juan Carlos de Madrid. Cuando todavía estaba en su último año de carrera, en el centro de investigación IMDEA Energía le propusieron que hiciera el doctorado allí. La todavía estudiante universitaria se había interesado por el método de purificación de aguas en el que hoy es ya una experta: la desionización capacitiva. Y a investigar en ese campo se dedicó durante el doctorado. Este método de purificación de agua consiste en utilizar condensadores que son capaces de atraer, y extraer del agua, todo lo que tenga carga. Durante sus años de doctorado en IMDEA Energía, Cleis Santos realizó una estancia en Chile que debido a su potente industria minera es uno de los países más interesados en nuevos sistemas de purificación de aguas. Y un año antes de finalizar su doctorado, comenzó a trabajar con el científico Juan José Vilatela del instituto IMDEA Materiales.

La ventaja del método que investiga Cleis Santos es que al contrario de lo que ocurre con la ósmosis inversa en la que hay que mover enorme cantidades de agua, con los supercondensadores son los elementos que deben ser retirados los únicos que se mueven y eso es gracias a que el sistema tiene una base de actuación exclusivamente electroquímica. “Eso significa –explica Cleis Santos- que el consumo energético es menor que en la ósmosis inversa”.

Pero además, ese consumo energético está condicionado por dos etapas, la carga y la descarga. En el método que pone a punto Santos, en la primera etapa desalinizan y cargan el sistema y en la segunda descargan eléctricamente el dispositivo y regeneraran los electrodos. Los iones retirados de la corriente acuosa se quedan formando una doble capa eléctrica en la superficie del electrodo. “Ahí hemos producido agua limpia y hemos almacenado energía –explica la investigadora-. Y en la siguiente etapa, sobre una corriente de rechazo, producimos esa regeneración, descarga de electrodos, liberando energía”. En este sistema, el consumo energético final vendrá dado por la diferencia entre la energía que es capaz de descargar y la que se haya cargado previamente, la que necesite para retirar los iones del agua y realizar la operación.

El trabajo de investigación que está desarrollando Cleis Santos no solo pretende poner a punto un sistema de gran eficiencia energética, también quiere hacerlo accesible. “Como material usamos fibras de nanotubos de carbono. Y como por otro lado, estos dispositivos no requieren ni altas presiones ni instalaciones complejas como la ósmosis inversa, lo que estamos desarrollando es un sistema más accesible que podrá ser, por ejemplo portátil”.

En este aspecto también es el extremo opuesto de lo que requiere, por ejemplo, la ósmosis inversa, ya que este nuevo método de desionización capacitiva pueda realizarse en cualquier sitio como lugares de difícil accesibilidad o incluso en los propios hogares. 

 

Beca Marie Curie

El pasado mes de febrero, la Unión Europea concedió a Cleis Santos una beca Marie Sklodowska-Curie, destinadas a investigadores sobresalientes en proyectos de innovación, para que investigue cómo enlazar los conceptos de supercondensador y baterías en su método de desalinización. A partir de este mes de noviembre, la joven investigadora va a iniciar una estancia de dos años en la ciudad alemana de Bremen (Alemania) con uno de los equipos científicos pioneros en la utilización de baterías para desalinización.

Y esa beca Marie Sklodowska-Curie no es el único premio que ha obtenido la científica. En noviembre de 2018 logró el premio de 15.000 euros que otorga el propio Instituto IMDEA Materiales al proyecto más innovador entre los que se desarrollan en el centro y también este año fue seleccionada por la MIT Technology Review entre cientos de científicos de Europa para optar al premio a los mejores investigadores de menos de 35 años que la institución estadounidense elige cada año entre los científicos jóvenes más prometedores.

Sobre el futuro, Santos lo tiene claro: “El objetivo es que llegue a la sociedad y que podamos tener disponibilidad de agua de calidad. Al final, el trabajo científico  tiene que llegar a la sociedad y al usuario. La idea de tener un dispositivo por ejemplo en tu casa, que no necesites unas grandes instalaciones como requiere la ósmosis... No necesitamos membranas, no necesitamos grandes presiones y además el sistema de baterías o supercondensadores es muy modulable”.

Otra de las ventajas del sistema que desarrolla Santos es que permite tratar aguas subterráneas. “De hecho las pruebas que hemos estado haciendo –explica Santos- indican que son más viables con aguas con un contenido salino algo inferior al del mar. Es decir, podemos tratar agua del mar pero no estamos limitados a eso. Y las pruebas que hemos hecho indican  que el consumo energético es bajo incluso con aguas que vienen de ríos o del subsuelo”.

Una vez que la idea está clara, en la investigación tecnológica llega el momento de desarrollar el prototipo. “Calculamos que el primer prototipo lo tendremos dentro de un año y medio viable para pruebas en instalaciones reales –nos explica Cleis Santos-. Para llegar a competir con la ósmosis yo creo que nos quedarán aproximadamente cinco años. Pero es verdad que somos pocos los que estamos trabajando en esto y que cada vez es más importante por lo que ese periodo de tiempo podría reducirse considerablemente porque otros equipos de investigación podrían unirse a la carrera por poner en el mercado el sistema”.

Cuando no está en el laboratorio, la joven investigadora madrileña aprovecha para viajar: “Me encanta, -asegura- durante la estancia que hice en Chile me cogí mi mochila y recorrí el país”.


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