Imagine un futuro en el que cada hogar tenga un aparato que saca todo el agua que el hogar necesita del aire, incluso en climas secos o desérticos, usando sólo la energía del sol. Ese futuro puede estar a la vuelta de la esquina, con la reciente demostración de un recolector de agua que utiliza solo la luz del sol para sacar litros de agua del aire cada día en condiciones tan malas como un 20% de humedad, nivel común en las zonas áridas.
La cosechadora de energía solar, de la que se informa en un artículo publicado en la revista Science, fue construida en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, utilizando un material especial, un armazón de metal-orgánico (MOF) producido en la Universidad de California en Berkeley, también en Estados Unidos.
"Es un avance importante en el desafío de larga duración de recoger agua del aire a baja humedad", apunta uno de los dos autores principales del documento, Omar Yaghi, que tiene la cátedra James y Neeltje Tretter de Química en la UC Berkeley y es científico en el Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). "No hay otra manera de hacer esto por ahora, excepto mediante el uso de energía extra. Los deshumidificadores eléctricos de casa producen agua muy cara".
El prototipo, bajo condiciones de un 20-30% de humedad, fue capaz de extraer 2,8 litros de agua del aire durante un periodo de 12 horas, utilizando un kilogramo (2,2 libras) de MOF. Las pruebas en la azotea del MIT confirmaron que el dispositivo funciona en condiciones reales.
"En el futuro se podrá obtener agua fuera de la red, poniendo un dispositivo en el hogar que depende de la energía solar para suministrar el agua que satisfaga las necesidades de una casa", subraya Yaghi, director y fundador del Berkeley Global Science Institute, codirector del Instituto de Energía Kavli NanoSciences y la Alianza de Investigación de California por BASF. "Para mí, eso será posible gracias a este experimento al quellamo agua personalizada", añade.
Un invento de hace 20 años
Yaghi inventó estructuras metal-orgánicas hace más de 20 años, combinando metales como magnesio o aluminio con moléculas orgánicas en una disposición como un juguete para crear estructuras rígidas y porosas ideales para almacenar gases y líquidos. Desde entonces, se han diseñado más de 20.000 MOF diferentes por investigadores de todo el mundo.
Algunos sostienen productos químicos como el hidrógeno o el metano: la compañía química BASF está probando uno de los MOF de Yaghi en camiones alimentados con gas natural, ya que los tanques llenos de MOF tienen tres veces el metano que puede ser bombeado bajo presión a un tanque vacío.
Otros MOFs son capaces de capturar dióxido de carbono de gases de combustión, catalizar la reacción de productos químicos adsorbidos o petroquímicos separados en plantas de procesamiento. En 2014, Yaghi y su equipo de la UC Berkeley sintetizaron un MOF -una combinación de metal de circonio y ácido adípico- que se une al vapor de agua, y sugirió a Evelyn Wang, ingeniera mecánica del MIT, que unieran fuerzas para convertir el MOF en un sistema de recogida de agua.
El sistema que Wang y sus estudiantes diseñaron consistía en más de dos libras (900 gramos) de cristales MOF de tamaño de polvo comprimidos entre un absorbedor solar y una placa de condensador, colocados dentro de una cámara abierta al aire. A medida que el aire del ambiente se difunde a través del MOF poroso, las moléculas de agua se fijan preferentemente a las superficies interiores. Estudios de difracción de rayos X han demostrado que las moléculas de vapor de agua a menudo se reúnen en grupos de ocho para formar cubos.
La luz del sol que entra a través de una ventana calienta el MOF y conduce el agua ligada hacia el condensador, que está a la temperatura del aire exterior. El vapor se condensa como agua líquida y gotea a un colector. "Este trabajo ofrece una nueva forma de recoger agua del aire que no requiere altas condiciones de humedad relativa y es mucho más eficiente en energía que otras tecnologías existentes", señala Wang.
Esta muestra del concepto de la cosechadora deja mucho sitio para la mejora, reconoce Yaghi. El MOF actual puede absorber sólo el 20 por ciento de su peso en agua, pero otros materiales MOF podrían absorber el 40 por ciento o más. El material también puede ajustarse para ser más eficaz a niveles de humedad más altos o más bajos.
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