La atmósfera de la Tierra contiene un océano de agua, suficiente líquido para llenar el Gran Lago Salado de Utah 800 veces.
Drenar parte de esa humedad se considera una forma potencial de proporcionar agua potable a miles de millones de personas en todo el mundo que enfrentan una escasez crónica.
Las tecnologías existentes para la recolección de agua atmosférica (AWH) están asociadas con numerosas desventajas relacionadas con el tamaño, el costo y la eficiencia. Pero una nueva investigación realizada por investigadores de ingeniería de la Universidad de Utah ofrece conocimientos que podrían mejorar la eficiencia y acercar un paso más a aprovechar el aire como fuente de agua para uso culinario en lugares áridos.
El estudio descubre un dispositivo AWH compacto de ciclo rápido que funciona con combustible, el primero de su tipo. Según Sameer Rao, autor principal del estudio publicado el lunes y profesor asistente de ingeniería mecánica, este prototipo de dos pasos se basa en materiales adsorbentes que extraen moléculas de agua del aire no húmedo y luego aplica calor para liberar esas moléculas en forma líquida. .
“Los materiales higroscópicos tienen una afinidad intrínseca por el agua. Absorben agua donde quiera que vayas. Uno de los mejores ejemplos es el interior de los pañales”, dijo Rao, que resulta ser padre de un bebé. “Trabajamos con un tipo específico de material higroscópico llamado estructura organometálica”.
Rao comparó la estructura metálica orgánica con los bloques de Lego, que se pueden reorganizar para crear todo tipo de estructuras. En este caso están dispuestos para crear una molécula ideal para la separación de gases.
“Pueden especificar que absorba vapor de agua del aire y nada más. Son realmente selectivos”, dijo Rao. Desarrollado con el estudiante de posgrado Nathan Ortiz, autor principal del estudio, el prototipo utiliza fumarato de aluminio integrado en paneles que recogen el agua a medida que es aspirada por el aire.
“Las moléculas de agua se adhieren a la superficie de nuestro material, y es un proceso inverso. Y así, en lugar de quedar atrapadas dentro del material, se asienta en la pared”, dijo Ortiz. “La especialidad de estos adsorbentes es que tienen una gran superficie interna. Hay muchos sitios donde quedan atrapadas las moléculas de agua”.
Según Rao, sólo un gramo de este material cubre la superficie de dos campos de fútbol. Con tan poco material se puede capturar mucha agua.
“Toda esta superficie está a escala molecular”, dijo Rao. “Y eso es genial para nosotros porque queremos atrapar el vapor de agua en esa superficie entre los poros de este material”.
La financiación de la investigación provino del DEVCOM Soldier Center, un programa dirigido por el Departamento de Defensa para facilitar la transferencia de tecnología que apoye la modernización del ejército. El interés del Ejército en el proyecto surge de la necesidad de mantener hidratados a los soldados mientras operan en áreas remotas con pocas fuentes de agua.
“Analizamos esto específicamente para aplicaciones de defensa, de modo que los soldados tengan una pequeña unidad compacta de producción de agua y no tengan que cargar con una gran cantimplora llena de agua”, dijo Rao. “Literalmente producirá agua según la demanda”.
Rao y Ortiz han solicitado una patente inicial basada en la tecnología, que también aborda necesidades no militares.
“Cuando estábamos diseñando el sistema, creo que también teníamos una visión del problema más amplio del agua. No es sólo un problema de defensa, es un problema civil”, dijo Rao. “Pensamos en términos del consumo de agua potable de un hogar por día. Es de unos 15 a 20 litros por día”.
En esta prueba de concepto, el prototipo logró el objetivo de producir 5 litros de agua por kilogramo de material absorbente al día. Según Ortiz, dentro de tres días en el campo, esta técnica superará al relleno de agua.
En la segunda etapa del dispositivo, el agua se convierte en líquido aplicando calor utilizando una estufa de camping militar estándar. Funciona debido a la naturaleza exotérmica de su proceso de recolección de agua.
“A medida que va acumulando agua, va liberando calor poco a poco. Y luego, para revertirlo, le agregamos calor”, dijo Ortiz. “Ponemos una llama aquí abajo para elevar esta temperatura. Y luego, a medida que aumentamos la temperatura, liberamos rápidamente las moléculas de agua. Una vez que tenemos un flujo de aire realmente húmedo, eso facilita la condensación a temperatura ambiente”.
Abundan las nuevas tecnologías para recolectar agua atmosférica, que se logran más fácilmente cuando el aire está húmedo, pero ninguna ha desarrollado herramientas que puedan tener un uso práctico en ambientes secos. Ortiz cree que su dispositivo podría ser el primero, principalmente porque funciona con un combustible denso en energía como la gasolina blanca que se usa en las estufas de camping.
El equipo decidió no utilizar energía fotovoltaica.
“Si dependes de paneles solares, estás limitado al funcionamiento diurno o necesitas baterías, que pesan más. Sigues acumulando desafíos. Simplemente ocupa mucho espacio”, dijo Ortiz. “Esta tecnología es superior en condiciones secas, mientras que la refrigeración es óptima en condiciones de alta humedad”.