La atmósfera de la Tierra contiene un océano de agua, suficiente líquido para llenar el Gran Lago Salado de Utah 800 veces.
Extraer 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 escasez crónica.
Las tecnologías existentes para la recolección de agua atmosférica (AWH, por sus siglas en inglés) tienen numerosas desventajas asociadas con el tamaño, el costo y la eficiencia. Pero una nueva investigación de los investigadores de ingeniería de la Universidad de Utah ha brindado información que podría mejorar la eficiencia y acercar al mundo un paso más a aprovechar el aire como fuente de agua para cocinar en lugares áridos.
El estudio presenta el primer dispositivo de agua líquida de ciclo rápido y compacto de su tipo que funciona con combustible. Este prototipo de dos pasos se basa en materiales adsorbentes que extraen moléculas de agua del aire no húmedo y luego aplican calor para liberar esas moléculas en forma líquida, según Sameer Rao, autor principal del estudio publicado el lunes y profesor adjunto de ingeniería mecánica.
«Los materiales higroscópicos tienen una afinidad intrínseca con el agua. Absorben agua dondequiera que uno vaya. Uno de los mejores ejemplos es el material que se encuentra dentro de los pañales», dijo Rao, que es padre de un niño pequeño. «Trabajamos con un tipo específico de material higroscópico llamado estructura orgánica de metal».
Rao comparó los armazones orgánicos metálicos con bloques de Lego, que pueden reorganizarse para construir todo tipo de estructuras. En este caso, están dispuestos para crear una molécula ideal para la separación de gases.
«Pueden hacerlo específico para adsorber vapor de agua del aire y nada más. Son realmente selectivos», dijo Rao. Desarrollado con el estudiante de posgrado Nathan Ortiz, el autor principal del estudio, este prototipo utiliza fumarato de aluminio que se convirtió en paneles que recogen el agua a medida que pasa el aire.
«Las moléculas de agua quedan atrapadas en las superficies de nuestro material, y se trata de un proceso reversible. Por eso, en lugar de incrustarse en el material, se asientan en las paredes», explicó Ortiz. «Lo especial de estos materiales absorbentes es que tienen una inmensa superficie interna. Hay muchos sitios donde las moléculas de agua pueden quedarse atrapadas».
Según Rao, un solo gramo de este material tiene una superficie equivalente a la de dos campos de fútbol, por lo que una pequeña cantidad de material puede captar una gran cantidad de agua.
«Toda esta superficie se encuentra a escala molecular», afirmó Rao. «Y eso es fantástico para nosotros porque queremos atrapar el vapor de agua en esa superficie dentro de los poros de este material».
La financiación de la investigación provino del Centro de Soldados DEVCOM, un programa dirigido por el Departamento de Defensa para facilitar la transferencia de tecnología que apoya la modernización del Ejército. El interés del Ejército en el proyecto surge de la necesidad de mantener a los soldados hidratados mientras operan en áreas remotas con pocas fuentes de agua.
«Hemos estudiado este sistema específicamente para aplicaciones de defensa, de modo que los soldados dispongan de una unidad de generación de agua pequeña y compacta y no tengan que cargar con una gran cantimplora llena de agua», explicó Rao. «Esto produciría agua literalmente según la demanda».
Rao y Ortiz han solicitado una patente preliminar basada en la tecnología, que también aborda necesidades no militares.
«Cuando estábamos diseñando el sistema, creo que también teníamos en cuenta el problema más amplio del agua. No se trata sólo de una cuestión de defensa, sino de una cuestión civil», dijo Rao. «Pensamos en términos de consumo de agua potable de un hogar por día. Eso supone unos 15 a 20 litros por día».
En esta prueba de concepto, el prototipo logró su objetivo de producir 5 litros de agua al día por cada kilogramo de material adsorbente. En cuestión de tres días en el campo, este dispositivo superaría en rendimiento al agua de empaque, según Ortiz.
En el segundo paso del dispositivo, el agua se precipita hasta convertirse en líquido mediante la aplicación de calor con un hornillo de camping estándar del ejército. Esto funciona gracias a la naturaleza exotérmica de su proceso de recolección de agua.
«A medida que recoge agua, libera pequeñas cantidades de calor. Y luego, para revertir eso, agregamos calor», dijo Ortiz. «Simplemente colocamos una llama justo debajo, cualquier cosa para aumentar la temperatura. Y luego, a medida que aumentamos la temperatura, liberamos rápidamente las moléculas de agua. Una vez que tenemos una corriente de aire realmente húmeda, eso hace que la condensación a temperatura ambiente sea mucho más fácil».
Existen numerosas tecnologías emergentes para la recolección de agua atmosférica, que se logra con mayor facilidad cuando el aire es húmedo, pero ninguna ha dado como resultado un equipo que pueda utilizarse en entornos áridos. Ortiz cree que su dispositivo puede ser el primero, principalmente porque se alimenta con combustible de alta densidad energética, 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 a la operación durante el día o necesitas baterías, lo que significa más peso. Sigues acumulando desafíos. Simplemente ocupa mucho espacio», dijo Ortiz. «Esta tecnología es superior en condiciones áridas, mientras que la refrigeración es mejor en condiciones de alta humedad».
