Así son los dispositivos que permiten generar agua potable con la humedad del aire

Como en “Duna”: así son los dispositivos que permiten generar agua potable con la humedad del aire
Por la amenaza del calentamiento global, que puede generar escasez de agua a nivel global, los ingenieros estudian la posibilidad de cosechar la humedad atmosférica
Las nuevas tecnologías podrían proveer de agua a las regiones más áridas de la Tierra.
The Economist
El agua es tan vital para la humanidad que ni en las especulaciones más extremas de la ciencia ficción logramos escapar de nuestra dependencia del líquido elemento. Luke Skywalker, héroe de la trilogía original de La guerra de las galaxias, creció en la “granja de humedad” de su tío, donde extraían agua de la árida atmósfera del planeta Tatooine. Y los fremen, los habitantes del desierto mundo de Arrakis —al que todos pueden llegar a través de la novela Duna, de Frank Herbert, o yendo hoy mismo al cine a ver la segunda entrega de la saga—, también usan “trampas cazavientos” para extraer del aire el tan preciado líquido.
Pero también en la Tierra los ingenieros están buscando la manera de cosechar el agua de la atmósfera. Y hay buenas razones para intentarlo, porque las estimaciones sugieren que incluso en las profundidades del desierto chileno de Atacama, a menudo calificado como “el lugar más seco de la Tierra”, la niebla y el rocío pueden generar diariamente unos 200 ml de agua por metro cuadrado. En otros lugares, la atmósfera es aún más generosa. Se estima que la atmósfera del planeta contiene 12.900 kilómetros cúbicos de agua, aproximadamente el volumen de agua del Lago Superior, el mayor de los Grandes Lagos norteamericanos. Además, los modelos proyectivos indican que en el transcurso de los próximos 50 años la evaporación impulsada por el calentamiento global aumentará esos niveles de humedad atmosférica en un 27%.
El aprovechamiento de esa reserva invisible es un tema prioritario. Cuanto más aumenten las temperaturas en la Tierra y más crezca su población, es probable que las personas que se queden sin agua sean cada vez más. Actualmente, más de 2300 millones de personas viven en países con escasez de agua, y los analistas predicen que para el año 2030, aproximadamente un tercio de ellos se verá desplazado de sus hogares a causa del recrudecimiento de las sequías.
El recrudecimiento de las sequías por el calentamiento global impulsa la recolección de agua de la atmósfera
Recolectar agua del aire no es nada nuevo. Los incas, que al parecer inventaron la técnica, colocaban cubos debajo de los árboles para recoger la condensación de la densa niebla que llegaba del mar. En las Islas Canarias, la gente se refiere a los laureles, enebros y pinos como “árboles fuente”, por su efecto de recolección de agua de niebla. Y desde hace siglos y por la misma razón, los habitantes de las tórridas montañas de Omán construyen sus cisternas debajo de los árboles.
Los métodos modernos siguen muchos de esos mismos principios. Sin embargo, en lugar de utilizar las hojas de los árboles como trampas de condensación, que gotean sobre un área inviablemente grande, los colectores de humedad modernos consisten en láminas de una malla polimérica muy fina. Cuando la niebla se cuela a través de esas láminas, las microgotas de agua se adhieren a las fibras de polímero. Esas gotas van aumentando de tamaño hasta que la gravedad las hace deslizar por un canal y de allí a un depósito. Aunque los colectores varían en tamaño, uno de 40 metros cuadrados en una zona con bastante niebla produce alrededor de 200 litros al día, suficiente para abastecer de agua potable a 60 personas.
Y todavía se puede mejorar mucho más. Bajo la dirección de Urszula Stachewicz, un equipo de la Universidad AGH de Cracovia descubrió que las láminas podrían ser aún más productivas si la fabricación de las fibras de polímero se hace con otro método. La hipótesis de Stachewicz era que fabricando el polímero mediante un proceso conocido como electrohilado, la lámina tendría una leve carga eléctrica que atraería más gotas de agua presentes en la niebla. En experimentos realizados en 2021, la investigadora y sus colegas descubrieron que las láminas hechas con polímeros fabricados por electrohilado condensaban un 50% más de agua.
En agosto pasado, Stachewicz y Gregory Parisi, doctorando del Instituto Politécnico Rensselaer de Nueva York, informaron aún más mejoras, tras agregar dióxido de titanio (TiO2) a los componentes de la malla. Investigaciones anteriores habían demostrado que el dióxido de titanio puede volverse superhidrófilo —se adhiere intensamente el agua— si está expuesto a la luz ultravioleta, un verdadero problema en lugares de mucha niebla, ya que en vez de gotear hacia la cisterna, el agua se queda impregnada en la malla. Sin embargo, Stachewicz y Parisi descubrieron que en condiciones de niebla tenue, una malla aditivada con TiO2 se vuelve un 30% más efectiva. Gracias a esa mejora, los captadores hoy ya se utilizan en tres continentes.
La técnica de enfriamiento radiativo para obtener agua del aire funciona mejor en los desiertos por la amplitud térmica del ecosistema
Tierra adentro, donde la niebla es realmente escasa, hacen falta otro tipo de soluciones. Un enfoque eficaz es el de aprovechar el agua que ya está presente en el aire. Cuando desciende la temperatura, también baja la capacidad del aire para cargarse agua. Esto hace que el exceso de agua se condense en las superficies, un proceso que suele ser considerado como rocío. Es común en lugares saturados de agua, como Gran Bretaña, pero en todos los lugares donde hay poco viento y una humedad relativa promedio del 70% se puede atrapar ese agua presente en el aire.
Una forma clave de hacerlo es mediante el “enfriamiento radiativo”, un fenómeno que ocurre por la noche, cuando ciertos materiales —como el aluminio— pierden tanto calor que se enfrían por debajo de la temperatura ambiente de su entorno. Después de la puesta del sol, el agua se condensa sobre esos materiales, forma gotas y se escurre. Las cámaras construidas con estos materiales “radiativos” —porque irradian el calor— a veces incluyen superficies internas adsorbentes a las que se adhiere fácilmente el agua del aire. Cuando el aire húmedo entra en las cámaras, donde la temperatura es más baja, pierde el agua que contiene antes de salir por otra exclusa. La gran ventaja de estas técnicas es que donde mejor funcionan es en los desiertos, donde la amplitud térmica es más grande: cielos despejados, días tórridos y noches frescas.
Durante mucho tiempo, la principal limitación del enfriamiento radiativo fue su baja productividad diurna. Pero eso cambió en 2021, cuando Dimos Poulikakos y su entonces estudiante de doctorado Iwan Haechler, de los Institutos Federales de Tecnología de Suiza, crearon una pieza de vidrio con una capa de plata en la parte inferior, y en la parte superior una capa de polímero de silicio intercalada entre capas de cromo. La capa de plata refleja la luz solar entrante, mientras que el polímero intercalado “en sándwich” permite que el dispositivo libere calor en forma de radiación infrarroja. Así lograron enfriar el vidrio hasta 15°C por debajo de la temperatura ambiente, generando condensación incluso durante el calor del día. Combinada con un escudo térmico, una cámara de condensación construida con este vidrio ayudó a producir 1,2 litros de agua por metro cuadrado al día.
Otra complicación que plantean los sistemas de enfriamiento radiativo es que el agua de la superficie de las cámaras de recolección hay que “cosecharla”, y eso consume energía, generalmente de turbinas o paneles solares cercanos, que pueden resultar costosos. Para reducir esos costos, sobre la superficie de la cámara Poulikakos y Haechler aplicaron un recubrimiento superhidrófobo, que expulsa las gotas de agua de la superficie y hace posible que el dispositivo no necesite energía eléctrica para funcionar.
Se trata ciertamente de una tecnología muy accesible: el prototipo costó menos de 50 dólares. Pero en muchas de las regiones donde se necesita agua desesperadamente, los niveles de humedad del aire son demasiado bajos para que sea factible “cosechar” el rocío. En esos lugares, las opciones más prometedoras son las que utilizan materiales superabsorbentes.
Muchas sales, primas químicas del conocido cloruro de sodio, absorben fácilmente el agua del aire. Con eso en mente, un equipo de ingenieros al mando de Peng Wang en la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah, Arabia Saudita, estudió la eficacia de cápsulas huecas de nanocarbono rellenas de cloruro de litio. En 2020, los investigadores informaron que esas cápsulas logran capturar más del doble de su peso en vapor de agua del aire incluso con una humedad relativa ambiente inferior al 60%. Técnicas similares que emplean otras sales han demostrado poder cosechar agua con niveles de humedad tan bajos como un 10%.
Se espera que las nuevas tecnologías en estudio puedan producir suficiente agua para sustentar la vida humana en el futuro
Los hallazgos son prometedores, pero la tecnología aún tiene que avanzar más allá de la etapa de los prototipos. Y ahí, el mayor problema es la baja productividad: en condiciones muy áridas, incluso las cápsulas del doctor Wang, líderes en el mundo, apenas logran producir 1,6 litros de agua por kilogramo de cloruro de litio, y en el transcurso de diez horas. Es mejor que nada, pero insuficiente para abastecer a una comunidad.
Sin embargo, la suma de esas nuevas tecnologías permite avizorar un futuro mejor, y algún día, incluso en las regiones donde nunca ha llovido desde que se tengan registros podrían producir agua suficiente para sustentar la vida humana. Y no sólo en un planeta de ciencia ficción.

Traducción de Jaime Arrambide

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