Construyen un extractor de agua atmosférica que proporciona agua dulce de manera más rápida y eficiente

La escasez de agua dulce es un problema creciente para la humanidad y la disponibilidad actual no alcanza para satisfacer la demanda mundial para consumo. Se estima que la falta de este recurso hídrico afecta a alrededor de dos mil ochocientos millones de personas durante al menos un mes cada año.

Ante este panorama, las tecnologías de captación de agua del aire se presentan como una alternativa prometedora. Estas aprovechan la humedad presente en el aire atmosférico y la condensan para obtener agua potable. Pero generalmente, estos procesos son muy lentos y requieren el suministro de energía, normalmente eléctrica.

Ahora, ingenieros y científicos de Arabia Saudita y China han creado un sistema que utiliza energía solar para extraer hasta 3 litros de agua por metro cuadrado al día del aire, de forma puramente pasiva, sin necesidad de mantenimiento ni operadores humanos. El estudio se publica en la revista Nature Communications .

“La escasez de agua es uno de los principales desafíos que enfrenta el mundo, lo que es particularmente importante en las regiones de Oriente Medio. Dependiendo de las condiciones locales, es necesario identificar todas las fuentes de agua posibles para obtener agua dulce para nuestro uso diario”, explica Qiaoqiang Gan , de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST).

Una solución innovadora

Los sistemas de extracción de agua atmosférica impulsados por energía solar (SAWE) capturan vapor de agua del aire y lo liberan cuando el material absorbente se satura y es expuesto al sol. Aunque son más avanzados que las tecnologías pasivas como la recolección de niebla o rocío, tienen limitaciones.

Pero su baja eficiencia se debe a que solo permiten un ciclo de absorción y liberación por día, lo que reduce la cantidad de agua obtenida. Además, su adopción está limitada por el alto costo de los nanomateriales, los desafíos para escalar los prototipos y la complejidad de los sistemas, que suelen ser frágiles o requerir mucho mantenimiento.

Para diseñar un sistema pasivo, eficiente y de bajo mantenimiento, el equipo desarrolló una estructura con microcanales verticales, llamados puentes de transporte de masa. Estos tubos, ubicados en un contenedor, contienen una solución salina líquida, en este caso cloruro de litio, que actúa como absorbente. En función de la temperatura, la zona expuesta al ambiente capta agua del aire y la almacena. Al recibir luz solar, el absorbente convierte la luz en calor, generando vapor de agua en la región de mayor temperatura.

El vapor de agua se condensa en las paredes de la cámara, generando agua dulce que es capturada en un recipiente y se transfiere continuamente a la zona de alta temperatura. Al mismo tiempo, el líquido concentrado en la zona de mayor temperatura regresa a la zona de temperatura ambiente mediante difusión y convección, lo que asegura la captura constante de vapor mientras haya luz solar.

El equipo utilizó un absorbedor solar hecho con nanotubos de carbono oxidados sobre una membrana de fibra de vidrio. Estos nanotubos, gracias a su color negro y microestructuras que atrapan la luz, absorbieron un 96 % de la radiación solar cuando estaban húmedos.

Pasó la prueba

En pruebas de ocho días, con ciclos de ocho horas de luz y 16 de oscuridad, observaron que al aumentar la humedad relativa del 60 % al 90 %, la producción de agua subía de 0,04 a 0,65 kg por metro cuadrado por hora.

Como prueba real sobre el terreno en Arabia Saudita, el área de evaporación se incrementó a 13,5 cm por 24 cm, 36 veces más grande que el prototipo. Esta configuración produjo 2,9 litros por metro cuadrado por día, variando según la energía solar recibida y la humedad relativa.

Esta cantidad es cuatro veces mayor que un proyecto de agua atmosférica de 2021 y 27 veces mayor que un SAWE de 2017.

En una prueba realizada en Papúa Nueva Guinea, esta cifra aumentó a 4,6 litros por metro cuadrado al día. "Es notable que el agua recolectada se haya utilizado con éxito para el riego fuera de la red de Brassica rapa (col china)", afirmó el coautor Qiaoqiang Gan, de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah en Arabia Saudita, "lo que demuestra el potencial de la horticultura sin necesidad de mantenimiento en zonas sin acceso a fuentes de agua líquida".

Referencia de la noticia:

Yang, K., Pan, T., Ferhat, N. et al. A solar-driven atmospheric water extractor for off-grid freshwater generation and irrigation. Nat Commun 15, 6260 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-50715-0