¡MARAVILLOSO! Dispositivo extrae agua del aire seco, utilizando sólo el sol.

Imagine un futuro en el que cada casa tiene un aparato que saca toda el agua que la casa necesita del aire, incluso en climas secos o desérticos, utilizando únicamente la energía del sol.

 

Recolectora de agua construida en  el MIT con MOFs de UC Berkeley. Utilizando sólo la luz solar, la cosechadora puede extraer litros de agua del aire de baja humedad durante un período de 12 horas. Crédito: MIT / laboratorio de Evelyn Wang.

Puede ser que el futuro esté a la vuelta de la esquina, con la demostración esta semana de una cosechadora de agua que utiliza sólo la  luz solar para sacar litros de agua del aire cada día en condiciones tan bajas  como  20 por ciento de humedad, un nivel común en zonas áridas.

La cosechadora de energía solar, publicada en la revista Science, fue construida en el Massachusetts Institute of Technology, utilizando un material especial - un marco metal-orgánico o MOF - producido en la Universidad de California, Berkeley.

"Esto es un gran avance en el reto desde hace mucho tiempo de recolectar agua desde el aire a una humedad baja," dijo Omar Yaghi, uno de los dos mayores autores del papel, que sostiene la cátedra James y Neeltje Tretter en química en Berkeley UC y es un científico de la Facultad en el laboratorio nacional Lawrence Berkeley. "No hay ninguna otra manera de hacer que justo ahora, excepto mediante el uso de energía adicional. Su deshumidificador eléctrico en casa 'produce' agua muy cara."

El prototipo, bajo condiciones de humedad de 20-30 por ciento, fue capaz de tirar de 2.8 litros (3 cuartos) de agua desde el aire durante un período de 12 horas, con un kilogramo (2,2 libras) de MOF. Las pruebas en la azotea en el MIT confirmaron que el dispositivo funciona en condiciones reales.

"Una visión para el futuro es tener agua fuera de la red, donde usted tiene un dispositivo en funcionamiento casero en ambiente solar para suministrar agua que cumpla con las necesidades de un hogar," dijo Yaghi, quien es el director fundador del Instituto de ciencia Global Berkeley, codirector del Instituto de Nanociencias de energía Kavli y la Alianza de investigación de California por BASF. "Para mí, eso se hizo posible debido a este experimento. Lo llamo agua  personalizada."

Yaghi ha inventado armazones metal-orgánicos por más de 20 años, la combinación de metales como el magnesio o aluminio con moléculas orgánicas en un arreglo chapucero-juguete para crear estructuras rígidas y porosas ideal para el almacenamiento de gases y líquidos. Desde entonces, más de 20.000 diferentes MOF han sido creados por investigadores en todo el mundo. Algunos tienen sustancias químicas como hidrógeno o metano: la compañía química BASF está probando uno de los MOF de Yaghi en camiones de gas natural como combustible, ya que los tanques llenos de MOF pueden sostener tres veces el metano que se puede bombear a presión en un tanque vacío.

Otros MOF son capaces de capturar dióxido de carbono de los gases de combustión, catalizan la reacción de sustancias químicas adsorbidas o separan petroquímicos en las plantas de procesamiento.

En 2014, Yaghi y su equipo de UC Berkeley sintetizaron un MOF - una combinación de circonio metal y adípico ácido - que se une al vapor de agua, y sugirió a Evelyn Wang, ingeniero mecánico del MIT, que se unieran para convertir el MdeF en un sistema de recogida de agua

El sistema que Wang y sus estudiantes diseñaron consistió en más de dos libras 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 ambiente se difunde a través de la MOF porosa, las moléculas de agua preferentemente se adjuntan 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.

Entrando por una ventana la luz del sol calienta el MOF y conduce el agua hacia el condensador, que está a la temperatura del aire exterior. El vapor se condensa como agua líquida y cae en un colector.

"Este trabajo ofrece una nueva forma de recolectar agua del aire que no requiere condiciones de alta humedad relativa y es mucho más eficiente energéticamente que otras tecnologías existentes", dijo Wang.

Esta prueba de máquina recolectora deja mucho margen de mejora, dijo Yaghi. El MOF actual puede absorber sólo el 20% de su peso en agua, pero otros materiales MOF posiblemente podrían absorber el 40 por ciento o más. El material también puede ser ajustado para ser más eficaces en mayor o menor humedad.

"No es sólo que hicimos un dispositivo pasivo que se sienta allí para recolectar agua; sinó que ahora hemos sentado las bases experimentales y teóricas para que podamos examinar otros MOF, miles de los cuales se podrían hacer, encontrar materiales aún mejor,"dijo. "Hay un gran potencial para incrementar la cantidad de agua que está siendo cosechada. Es sólo una cuestión de ingeniería más ahora".

Yaghi y su equipo están trabajando en mejorar su MOF, mientras que Wang continúa mejorando el sistema de cosecha para producir más agua.

 

"Para tener agua corriendo todo el tiempo, se podría diseñar un sistema que absorba la humedad durante la noche y la desarrolla durante el día", dijo. "O diseñar el colector solar para permitir esto a un ritmo mucho más rápido, donde más aire es empujado. Queríamos demostrar que si usted está quedado en algún lugar en el desierto, usted podría sobrevivir a causa de este dispositivo. Una lata de Coca-Cola de agua por día, algo que se podría recolectar en menos de una hora con este sistema ".