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Un nuevo material obtiene agua a partir del aire en el desierto

11/06/2018 - 13:16
  • Funciona a temperatura ambiente con luz solar

Una recolectora de agua del aire en entornos desérticos, fabricada en la Universidad de Berkeley con un nuevo material metalorgánico, ha demostrado su eficiencia a muy baja humedad y coste en pruebas de campo.

"No hay nada como esto -afirma en un comunicado Omar Yaghi, quien inventó la tecnología que se emplea en la cosechadora-. Funciona a temperatura ambiente con luz solar y sin energía adicional puede recolectar agua en el desierto. Este viaje del laboratorio al desierto nos permitió transformar la recolección de agua de un fenómeno interesante en una ciencia".

El investigador Yaghi, presidente de James y Neeltje Tretter en Química en UC Berkeley y científico de la facultad en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, y su equipo informan sobre los resultados de la primera prueba de campo de una recolectora de agua en el último número Science Avances.

La prueba en Scottsdale (California), donde la humedad relativa desciende desde un máximo del 40% en la noche hasta un 8% durante el día, demostró que la cosechadora debería ser fácil de escalar simplemente agregando más al absorbedor de agua, un material altamente poroso llamado marco metalorgánico o MOF. Los investigadores anticipan que con el MOF actual (MOF-801), fabricado con el costoso zirconio metálico, finalmente podría cosechar unos 200 mililitros (aproximadamente 7 onzas) de agua por kilogramo (2,2 libras) de MOF, o 3 onzas de agua por libra.

Pero Yaghi también informa que ha creado un nuevo MOF basado en aluminio, llamado MOF-303, que es al menos 150 veces más económico y captura el doble de agua en las pruebas de laboratorio. Esto permitirá que una nueva generación de cosechadoras produzca más de 400 ml (3 tazas) de agua por día a partir de un kilogramo de MOF, el equivalente a media lata de refresco de 12 onzas por libra al día.

"Ha habido un gran interés en comercializar esto, y hay varias nuevas empresas que ya participan en el desarrollo de un dispositivo comercial de recolección de agua -dice Yaghi-. El MOF de aluminio está haciendo esto práctico para la producción de agua, porque es barato".

Yaghi también está trabajando con la Ciudad del Rey Abdul Aziz para Ciencia y Tecnología en Riyadh, Arabia Saudita, y su presidente, el príncipe Turki Saud Mohammad Al Saud, en la tecnología como parte de su Centro de Excelencia en Nanomateriales y Energía Limpia.

Diferentes temperaturas y humedades

Yaghi es pionero en estructuras orgánicas de metal, que son sólidos con tantos canales internos y agujeros que un MOF del tamaño de un terrón de azúcar podría tener una superficie interna del tamaño de seis campos de fútbol. Esta área de superficie absorbe fácilmente gases o líquidos, pero, igual de importante, los libera rápidamente cuando se calienta. Ya se están probando varios tipos de MOF como una forma de empaquetar más gas en los tanques de vehículos impulsados por hidrógeno, para absorber el dióxido de carbono de las chimeneas y almacenar metano.

Hace varios años, Yaghi creó MOF-801, que absorbe y libera agua fácilmente, y el año pasado probó pequeñas cantidades en una cosechadora simple para ver si podía capturar agua del aire ambiente durante la noche y usar el calor del sol para expulsarla de nuevo para su uso. Esa cosechadora, construida por un colaborador del MIT que usa menos de 2 gramos de MOF, demostró que el concepto funcionó: las ventanas se empañaron al sol, aunque los científicos no pudieron recolectar ni medir con precisión el agua.

Esa misma cosechadora fue transportada al desierto a principios de este año y funcionó de manera similar, aunque nuevamente solo se generaron gotas de agua como prueba de concepto. Para el nuevo trabajo, el equipo de UC Berkeley, el estudiante de posgrado Eugene Kapustin y los investigadores postdoctorales Markus Kalmutzki y Farhad Fathieh, recogieron y midieron el agua y probaron la cosechadora de última generación bajo diversas condiciones de humedad, temperatura e intensidad solar.

La cosechadora es esencialmente una caja dentro de una caja. La caja interna contiene un lecho de 2 pies cuadrados de granos de MOF abiertos al aire para absorber la humedad. Está encerrada en un cubo de plástico de dos pies con parte superior y lados transparentes. La parte superior se deja abierta durante la noche para permitir que el aire entre y entre en contacto con el MOF, pero se reemplazó durante el día. La caja podría calentarse como un invernadero para expulsar el agua del MOF.

El agua liberada se condensó en el interior de la caja exterior y cayó al fondo, donde los investigadores la recogieron con una pipeta. Las extensas pruebas de campo establecen un plan que permite a los ingenieros configurar la cosechadora para las diferentes condiciones en Arizona o el Mediterráneo.

"El desarrollo clave aquí es que funciona a baja humedad, porque eso es lo que son las regiones áridas del mundo", dice Yaghi. En estas condiciones, la cosechadora recoge agua incluso en puntos de rocío bajo cero. Yaghi espera ansiosamente la próxima prueba de campo, que pondrá a prueba el MOF basado en aluminio y está planificado para el Valle de la Muerte a fines del verano, donde las temperaturas alcanzan los 110 grados Fahrenheit (43,3 grados Centígrados) durante el día y permanecer en los 70 por la noche (21,1 grados Centígrados), con una humedad nocturna tan baja como del 25%.


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