Extrayendo agua potable del aire

Autora: Xiomara Naomi Cuadrado del Castillo

Edición: Joel Andre Visurraga Rodil

¿Es posible extraer el agua potable directamente del aire? Parece que ahora esta utopía se convertirá en realidad gracias al esfuerzo realizado por investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT por sus siglas en inglés), en conjunto con investigadores de otras regiones, para aumentar significativamente el rendimiento de un sistema que puede extraer agua potable directamente del aire, incluso en regiones secas.

Este sistema aprovecha una diferencia de temperatura dentro del dispositivo para permitir que un material que recoge líquido en su superficie atraiga la humedad del aire durante la noche y la libere al día siguiente. El primer dispositivo, desarrollado hace 3 años, requería el uso de materiales llamados marcos organometálicos (MOF, por sus siglas en inglés). Estos polímeros son compuestos que consisten en iones metálicos o grupos coordinados con ligandos orgánicos para formar estructuras de una, dos o tres dimensiones, y tienen la característica especial de que a menudo son porosos.

Lamentablemente, los MOF son caros y de suministro limitado, además la salida de agua de este prototipo no era suficiente para su uso práctico. Para el nuevo intento, se incorporó una segunda etapa de desorción y condensación, y al usar un material adsorbente fácilmente disponible, la salida del dispositivo se ha incrementado significativamente, y su escalabilidad se ha mejorado mucho, según los investigadores. En lugar de los MOF, el nuevo diseño usa un material absorbente llamado zeolita, que en este caso está compuesto de un hierro microporoso aluminofosfato. El material está ampliamente disponible, es estable y tiene las propiedades absorbentes adecuadas para proporcionar un sistema eficiente de producción de agua basado sólo en las típicas fluctuaciones de temperatura entre el día y la noche y en el calentamiento con luz solar. Pero entonces, ¿cómo funciona ahora?

Funcionamiento del nuevo dispositivo

Pues, en el nuevo dispositivo el calor del sol es recogido por una placa absorbente solar en la parte superior del sistema tipo caja y calienta la zeolita, liberando la humedad que el material ha capturado durante la noche. Ese vapor se condensa en una placa colectora, un proceso que también libera calor. La placa colectora es una lámina de cobre directamente encima y en contacto con la segunda capa de zeolita, donde el calor de la condensación se usa para liberar el vapor de esa capa posterior. Las gotas de agua recogidas de cada una de las dos capas pueden ser canalizadas juntas en un depósito colector.

En el proceso, la productividad general del sistema, en términos de sus litros potenciales por día por metro cuadrado de área de recolección solar (LMD), se duplica aproximadamente en comparación con la versión anterior, aunque las tasas exactas dependen de las variaciones de temperatura locales, flujo solar y niveles de humedad. En el prototipo inicial del nuevo sistema, probado en una azotea en el MIT antes de las restricciones pandémicas, el dispositivo producía agua a un ritmo “órdenes de magnitud” mayor que la versión anterior, dice Wang.

¿Quiénes son las encargadas?

Evelyn Wang, jefa del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, y representante encargada de esta innovación, señala que, si bien se han utilizado sistemas similares de dos etapas para otras aplicaciones como la desalinización, realmente nadie ha seguido la investigación de este mecanismo: utilizar un sistema de este tipo para la captación de agua atmosférica (AWH, por sus siglas en inglés), como se conoce a estas tecnologías.

Los enfoques actuales de AWH incluyen la recolección de niebla y la recolección de rocío, pero ambas tienen limitaciones. La recolección de niebla sólo funciona con el 100% de humedad relativa, y, actualmente se usa en unos pocos desiertos costeros; mientras que la recolección de rocío requiere una refrigeración de gran consumo energético para proporcionar superficies frías donde se condense una humedad de al menos 50%, dependiendo de la temperatura ambiente. En cambio, el nuevo sistema puede funcionar con niveles de humedad tan bajos como el 20% y no necesita ningún aporte de energía, salvo la luz solar o cualquier otra fuente disponible de calor de bajo grado.

Alina LaPotin, investigadora que desarrolló el nuevo diseño, señala que la clave del sistema mejorado está en su arquitectura de dos etapas; y, ahora que se ha demostrado su eficacia, la gente puede buscar materiales absorbentes aún mejores que podrían aumentar las tasas de producción. La actual tasa de producción de alrededor 0,8 l/m2 al día puede ser adecuada para algunas aplicaciones, pero si esta tasa puede mejorarse con algunos ajustes y materiales, esto podría ser práctico a gran escala, según los investigadores. Actualmente ya se están desarrollando materiales que tienen una absorción cinco veces mayor que la zeolita y podrían conducir a un aumento correspondiente de la producción de agua.

Continúan las mejoras

El equipo continúa trabajando en el perfeccionamiento de los materiales y el diseño del dispositivo y en su adaptación a aplicaciones específicas, como una versión portátil para operaciones militares de campo. El sistema de dos etapas también podría adaptarse a otros tipos de métodos de captación de agua que utilizan múltiples ciclos térmicos por día, alimentados por una fuente de calor diferente en lugar de la luz solar, y por lo tanto podrían producir mayores rendimientos diarios.

BIBBLIOGRAFÍA

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ID: Investigación y Desarrollo (18 octubre, 2020). Un sistema alimentado por energía solar extrae agua potable del aire “seco”. Recuperado de: https://invdes.com.mx/tecnologia/un-sistema-alimentado-por-energia-solar-extrae-agua-potable-del-aire-seco/

Massachusetts Institute of Technology (2020). Extracting drinkable water from the air. Recuperado de https://cutt.ly/ug2P0Rq

Nuevo Periodico (14 octubre, 2020). El nuevo sistema de energía solar del MIT extrae eficientemente agua potable del aire “seco”. Recuperado de https://nuevoperiodico.com/el-nuevo-sistema-de-energia-solar-del-mit-extrae-eficientemente-agua-potable-del-aire-seco/