La fricción es resistencia. En este caso, le dice qué tan difícil es que algo atraviese la membrana. Si diseña una membrana que tiene menos resistencia al agua, y más resistencia a la sal o cualquier otra cosa que desee eliminar, obtiene un producto más limpio con potencialmente menos trabajo.
Pero ese modelo se archivó en 1965, cuando otro grupo introdujo un modelo más simple. Este supuso que el polímero plástico de la membrana era denso y no tenía poros por los que pudiera correr el agua. Tampoco sostuvo que la fricción jugara un papel. En cambio, supuso que las moléculas de agua en una solución de agua salada se disolverían en el plástico y se difundirían por el otro lado. Por esa razón, esto se llama el modelo de “solución-difusión”.
La difusión es el flujo de un químico desde donde está más concentrado hacia donde está menos concentrado. Piensa en una gota de tinte esparcida por un vaso de agua o en el olor a ajo que sale de una cocina. Sigue moviéndose hacia el equilibrio hasta que su concentración es la misma en todas partes y no depende de una diferencia de presión, como la succión que succiona el agua a través de una pajilla.
El modelo se mantuvo, pero Elimelec siempre sospechó que estaba equivocado. Para él, aceptar que el agua se difunde a través de la membrana implicaba algo extraño: que el agua se dispersara en moléculas individuales a medida que pasaba. «¿Cómo puede ser?» pregunta Elimelec. Descomponer grupos de moléculas de agua requiere un tonelada de energía. “Casi necesitas evaporar el agua para que entre en la membrana”.
Aún así, dice Hoek, «hace 20 años era anatema sugerir que era incorrecto». Hoek ni siquiera se atrevió a usar la palabra “poros” cuando hablaba de membranas de ósmosis inversa, ya que el modelo dominante no las reconocía. «Durante muchos, muchos años», dice con ironía, «los he estado llamando ‘elementos de volumen libre interconectados'».
Durante los últimos 20 años, las imágenes tomadas con microscopios avanzados han reforzado las dudas de Hoek y Elimelech. Los investigadores descubrieron que, después de todo, los polímeros plásticos utilizados en las membranas de desalinización no son tan densos ni sin poros. En realidad, contienen túneles interconectados, aunque son absolutamente minúsculos, con un máximo de alrededor de 5 angstroms de diámetro, o medio nanómetro. Aún así, una molécula de agua tiene aproximadamente 1,5 angstroms de largo, por lo que es suficiente espacio para que pequeños grupos de moléculas de agua se escurran a través de estas cavidades, en lugar de tener que ir de una en una.
Hace unos dos años, Elimelech sintió que era el momento adecuado para acabar con el modelo de difusión de soluciones. Trabajó con un equipo: Li Wang, un postdoctorado en el laboratorio de Elimelech, examinó el flujo de fluidos a través de pequeñas membranas para tomar medidas reales. Jinlong He, de la Universidad de Wisconsin-Madison, jugueteó con un modelo de computadora que simula lo que sucede a escala molecular cuando la presión empuja el agua salada a través de una membrana.
Las predicciones basadas en un modelo de difusión de solución dirían que la presión del agua debería ser la misma en ambos lados de la membrana. Pero en este experimento, el equipo encontró que la presión en la entrada y salida de la membrana difería. Esto sugirió que la presión impulsa el flujo de agua a través de la membrana, en lugar de la simple difusión.