La escasez de agua dulce es uno de los retos más graves del siglo XXI. Más de mil millones de personas carecen de acceso fiable a agua segura, y se proyecta que para 2050 la mitad de la población mundial enfrentará estrés hídrico. En este contexto, los océanos —con el 97 % del agua del planeta— representan una fuente inmensa pero poco accesible debido a su alta salinidad.
La promesa del grafeno
El grafeno es una lámina bidimensional compuesta por una capa de átomos de carbono dispuestos en panal. Es extremadamente delgado (un átomo de grosor), mucho más resistente que el acero y tiene propiedades únicas para el filtrado de agua .
Principios de filtración: poros exactos y permeabilidad superior
Tamaño y precisión de los poros
Los investigadores han demostrado que al fabricar poros subnanométricos en láminas de grafeno, se consigue un filtro selectivo: los poros son lo suficientemente grandes para dejar pasar moléculas de agua, pero pequeños para bloquear iones como sodio (Na⁺) y cloruro (Cl⁻) .
- En el sistema “Perforene” de Lockheed Martin, se crean agujeros de aproximadamente 1 nm: esto permite una tasa de flujo alta y retención eficaz de sal.
- Simulaciones molecular-dinámicas con allotropos como graphyne-4 han mostrado una permeabilidad al agua hasta 100 veces mayor que los sistemas RO modernos, con rechazo total de iones.
Por qué es más eficiente
- Menor grosor: una lámina atómica vs una membrana de 100 µm, reduciendo significativamente la distancia que el agua debe atravesar.
- Elevada fluidez: la estructura lisa y atómica del grafeno permite un flujo ultra rápido de agua con mínimo rozamiento.
- Alta resistencia mecánica: incluso ante presiones de filtración de 40–80 bar, el grafeno soporta tensiones mayores (hasta 57 MPa) sin romperse.
Comparación con la ósmosis inversa (RO)
La ósmosis inversa estándar requiere presión elevada (40‑82 bar) y consume entre 2,9‑5,5 kWh/m³.
En contraste, los filtros de grafeno:
- Disminuyen drásticamente la energía necesaria (algunos afirman hasta un 90 % menos).
- Aumentan el flujo de agua por membrana entre 5× y 50× con rechazo eficiente de sal.
Aunque Lockheed Martin reporta 10–20 % de ahorro energético, sus estimaciones teóricas apuntan a reducciones de hasta 100×, lo que representa un avance significativo.
Retos tecnológicos y producción a escala
Fabricación y escalabilidad
Obtener poros precisos a nivel molecular en láminas continuas es complejo y costoso. Las láminas deben colocarse sobre soportes robustos para resistir presión sin romperse .
Biofouling y durabilidad
El grafeno y grafeno-óxido (GO) pueden recubrirse o modificarse químicamente para evitar que bacterias y sales obstruyan la membrana.
Transición laboratorio‑mercado
En la Universidad de Manchester están desarrollando membranas de grafeno y otros 2D escalables, con modelos portátiles y autolimpiables en asociación con la industria.
Posibles aplicaciones y beneficios
- Desalación de pequeña escala
- Dispositivos domésticos o para zonas remotas e islas.
- Situaciones de emergencia
- Equipos portátiles para regiones afectadas por sequías o desastres naturales.
- Industria y tratamiento de aguas residuales
- Retiro de metales pesados, microplásticos, productos farmacológicos y bacterias.
- Uso industrial
- En minería, alimentos o farmacéuticas, donde la pureza y la eficiencia energética son clave.
El filtro de grafeno representa una revolución en desalación: un material ultra delgado, fuerte, permeable y altamente selectivo. Todas estas características le permiten superar las limitaciones de la tecnología basada en ósmosis inversa convencional.
Mientras los desafíos de producción escalan a gran escala, la investigación avanza prometiendo membranas portátiles, sistemas autolimpiables y muy eficientes energéticamente con potencial para cambiar el acceso al agua limpia a nivel global.
