EE.UU.: Diseñan dispositivo para extraer agua potable desde el aire sólo con energía solar

El 40% de la población mundial sufre escasez de agua, por lo que se buscan tecnologías que ayuden a extraer el líquido elemental en forma potable a partir de fuentes poco tradicionales. Por ejemplo, existen sistemas que recolectan el agua de la niebla o del rocío y que ya están implementados en algunos desiertos costeros, aunque necesitan mucha humedad. También hay equipos que extraen agua potable directamente desde el aire, aunque estos artefactos son muy costosos.

Pero un nuevo dispositivo desarrollado por científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y la Universidad de California en Berkeley podría representar una nueva forma de obtener agua limpia y fresca en casi cualquier lugar de la Tierra, extrayendo agua directamente de la humedad del aire, incluso en los lugares más secos. El único elemento que se requiere es luz solar.

El prototipo fue presentado ante la comunidad científica en una investigación publicada en la revista «Joule». En realidad, se trata de un dispositivo que mejora otro desarrollado hace tres años también por el mismo MIT y los mismos miembros del equipo, que sirvió para probar el concepto de extraer agua desde el aire, aprovechando la diferencia de temperatura dentro del dispositivo. Así es como un material adsorbente, que acumula líquido en su superficie, absorbe la humedad del entorno por la noche.

Por la mañana, con la luz del sol, el material se calienta, la diferencia de temperatura entre la parte superior calentada y la parte inferior sombreada hace que el agua se libere del material, para después condensarse en una placa de recolección.

La solución: Zeolita

Pero el problema de este dispositivo consistía en que requería el empleo de materiales especializados llamados armazones organometálicos (o MOF), una especie de cristales diminutos que purificarían el agua, aunque con un costo muy elevado y son difíciles de producir. Por eso, el reto del equipo, liderado por la Jefa del Departamento de Ingeniería Mecánica el MIT, Evelyn Wang, indica que la idea era encontrar otro material que hiciera lo mismo pero a menor costo para poder producir un equipo rentable y práctico.

Encontraron la respuesta en la zeolita, otro material compuesto por aluminofosfato de hierro microporoso, ampliamente disponible y estable, además de contar con las propiedades adsorbentes adecuadas que permiten al dispositivo extraer agua gracias a las fluctuaciones de temperatura entre el día y la noche.

“Las zeolitas se utilizan de manera común: por ejemplo, se usan ampliamente como catalizadores en la industria petroquímica y como adsorbentes para la separación de gases o el almacenamiento de energía. En cuanto a aparatos de nuestra vida habitual, existen deshumidificadores en nuestra elaborados con este material”, explica Yang Zhong, estudiante graduado que trabaja en el laboratorio de Wang y otro de los participantes del estudio.

Diseño de este sistema de agua en dos etapas

El diseño de dos etapas es obra de la estudiante de posgrado Alina LaPotin: Consiste en una placa solar en la parte superior del dispositivo recolecta el calor, que pasa a la zeolita. Ésta se calienta, liberando la humedad que el material ha capturado durante la noche.

Posteriormente, ese vapor se condensa en otra placa colectora, que es una hoja de cobre directamente en contacto con la segunda capa de zeolita, donde también el calor de condensación se utiliza para liberar el vapor de esa capa posterior (es decir, que se trata de una segunda fuente de energía, aportando calor al sistema). Las gotas de agua que se recolectan de cada una de las dos capas se canalizan juntas a un tanque, lista para que se consuma.

Por ahora, el dispositivo ha conseguido duplicar la capacidad del anterior prototipo hasta la producción de 0,8 litros por día por metro cuadrado de área de recolección solar -y con solo un 20% de humedad en el aire-, aunque depende de las variaciones de temperatura locales, del flujo de la luz y los niveles de humedad. Por supuesto, también del tamaño de las propias placas solares.

Si bien se han utilizado sistemas similares de dos etapas para otras aplicaciones como la desalinización, Wang afirma: «Creo que nadie ha seguido realmente esta vía, la de utilizar un sistema de este tipo para la recolección de agua atmosférica (AWH por sus siglas en inglés)».

Encontrar materiales aún más eficientes

Ahora el siguiente paso es encontrar materiales aún más eficientes -ya se está probando nuevos compuestos con una adsorción cinco veces mayor que la de la zeolita- y perfeccionar el dispositivo para adaptarlo a aplicaciones específicas, como por ejemplo crear una versión portátil destinada a operaciones militares al aire libre.

«El dispositivo todavía tiene un gran potencial para lograr un mayor rendimiento y nuestro laboratorio está trabajando de forma intensa para explorar su límite -afirma por su parte Zhong-. Otra vía es seguir impulsando el rendimiento térmico minimizando la pérdida de calor o utilizando luz solar que se concentra para calentar, de modo que el agua que absorbe durante la noche en ambas etapas pueda revertir el proceso completamente a temperaturas elevadas».

Artículo publicado con información de Ambientum

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