El 40% de la población mundial sufre escasez de agua, por lo que se buscan tecnologías que ayuden a extraer el líquido elemento en forma potable 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 la extraen directamente desde el aire, si bien son muy costosos y la escasez de agua fundamentalmente ataca a países en desarrollo. Sin embargo, un nuevo dispositivo desarrollado por científicos del MIT y la Universidad de California en Berkeley podría proporcionar una nueva forma de obtener agua limpia y fresca en casi cualquier lugar de la Tierra, extrayéndola directamente de la humedad del aire, incluso en los lugares más secos. Y de forma bastante asequible: solo con luz solar.
El prototipo acaba de ser presentado ante la comunidad científica en un estudio publicado en la revista « Joule». En realidad, se trata de un dispositivo que mejora otro desarrollado hace tres años también por el MIT y los mismos miembros del equipo, que sirvió para probar el concepto de extraer agua del aire aprovechando la diferencia de temperatura dentro del dispositivo. Así es como un material adsorbente, que acumula líquido en su superficie, toma 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
El problema de este dispositivo es que requería el uso de materiales especializados llamados armazones organometálicos (o MOF), una suerte de pequeños cristales diminutos que pueden purificar el agua, pero que tienen un coste muy elevado y son difíciles de producir. Por eso, el reto del equipo, liderado por Evelyn Wang, jefa del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, era encontrar otro material que hiciera lo mismo pero a menor coste 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 tener 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 elaborados con este material», explica a ABC Yang Zhong, estudiante graduado que trabaja en el laboratorio de Wang y otro de los participantes del estudio.
Diseño en dos etapas
El diseño de dos etapas fue desarrollado por la estudiante de posgrado Alina LaPotin: 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. Después, 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 recolectadas de cada una de las dos capas se canalizan juntas a un tanque, lista para ser consumida.
De momento, 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)».
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 concentrada para calentar, de modo que el agua adsorbida durante la noche en ambas etapas pueda revertir el proceso completamente a temperaturas elevadas».
