La atmósfera de la Tierra contiene un océano de agua, suficiente líquido para llenar el Gran Lago Salado de Utah 800 veces.Extraer parte de esa humedad se considera una forma potencial de proporcionar agua potable a miles de millones de personas en todo el mundo que enfrentan una escasez crónica.

Las tecnologías existentes para la recolección de agua atmosférica (AWH) enfrentan numerosas desventajas asociadas con el tamaño, el costo y la eficiencia.Pero una nueva investigación realizada por investigadores de ingeniería de la Universidad de Utah ha arrojado conocimientos que podrían mejorar la eficiencia y acercar al mundo un paso más a aprovechar el aire como fuente de agua para uso culinario en lugares áridos.

El estudio presenta el primer dispositivo AWH compacto de ciclo rápido alimentado por combustible.Este prototipo de dos pasos se basa en materiales adsorbentes que extraen moléculas de agua del aire no húmedo y luego aplica calor para liberar esas moléculas enforma liquida, según Sameer Rao, autor principal delpublicadoen el diarioInformes Celulares Ciencias Físicasy profesor asistente de ingeniería mecánica.

"Los materiales higroscópicos tienen intrínsecamente afinidad con el agua. Absorben agua dondequiera que vayas. Uno de los mejores ejemplos son las cosas que hay dentro de los pañales", dijo Rao, quien resulta ser padre de un niño pequeño."Trabajamos con un tipo específico de material higroscópico llamado estructura organometálica".

Rao comparó las estructuras metálicas orgánicas con los bloques de Lego, que se pueden reorganizar para construir todo tipo de estructuras.En este caso, están dispuestos para crear una molécula ideal para la separación de gases.

"Pueden hacerlo específicamente para absorber vapor de agua del aire y nada más. Son realmente selectivos", dijo Rao.Desarrollado con el estudiante graduado Nathan Ortiz, autor principal del estudio, este prototipo utiliza fumarato de aluminio que se formó en paneles que recogen el agua a medida que pasa el aire.

"Las moléculas de agua quedan atrapadas en las superficies de nuestro material, y ese es un proceso reversible. Y así, en lugar de arraigarse en el material mismo, se asienta en las paredes", dijo Ortiz."Lo que tiene de especial estos materiales absorbentes es que tienen una inmensa cantidad de superficie interna. Hay muchos sitios donde las moléculas de agua se atascan".

Según Rao, sólo un gramo de este material cubre tanta superficie como dos campos de fútbol.Así que con sólo un poco de material se puede capturar mucha agua.

"Toda esta superficie está a escala molecular", dijo Rao."Y eso es fantástico para nosotros porque queremos atraparvapor de aguaen esa superficie dentro de los poros de este material".

El apoyo a la investigación provino del DEVCOM Soldier Center, un programa dirigido por el Departamento de Defensa para facilitartransferencia de tecnologíaque apoya la modernización del Ejército.El interés del Ejército en el proyecto surge de la necesidad de mantener hidratados a los soldados mientras operan en áreas remotas con pocas fuentes de agua.

"Analizamos esto específicamente para aplicaciones de defensa, de modo que los soldados tengan una unidad pequeña y compacta de generación de agua y no necesiten cargar con una gran cantimplora llena de agua", dijo Rao."Esto literalmente produciría agua según la demanda".

Rao y Ortiz han solicitado una patente preliminar basada en la tecnología, que también aborda necesidades no militares.

"Mientras diseñábamos el sistema, creo que también teníamos una perspectiva del problema más amplio del agua. No es sólo una cuestión de defensa, es en gran medida una cuestión civil", dijo Rao."Pensamos en términos del consumo de agua de un hogar para beber por día. Eso es alrededor de 15 a 20 litros por día".

En esta prueba de concepto, el prototipo logró su objetivo de producir 5 litros de agua al día por kilogramo de material adsorbente.En cuestión de tres días en el campo, este dispositivo superaría el rendimiento del envasado de agua, según Ortiz.

En el segundo paso del dispositivo, el agua se precipita en líquido aplicando calor usando una estufa de camping estándar del ejército.Esto funciona debido a la naturaleza exotérmica de su proceso de recolección de agua.

"A medida que recoge agua, libera pequeñas cantidades de calor. Y luego, para revertir eso, agregamos calor", dijo Ortiz."Simplemente ponemos una llama justo debajo, cualquier cosa para aumentar la temperatura. Y luego, a medida que aumentamos la temperatura, liberamos rápidamente las moléculas de agua. Una vez que tenemos una corriente de aire realmente húmeda, eso hace que la condensación a temperatura ambiente sea mucho más fácil".

Abundan las tecnologías incipientes para la recolección de agua atmosférica, lo que se logra más fácilmente cuando el aire es húmedo, pero ninguna ha dado como resultado equipos que puedan tener un uso práctico en ambientes áridos.Ortiz cree que su dispositivo puede ser el primero, principalmente porque funciona con combustible denso en energía, como la gasolina blanca que se usa en las estufas de camping.

El equipo decidió no utilizar energía fotovoltaica.

"Si dependes depaneles solares, está limitado al funcionamiento diurno o necesita baterías, lo que simplemente supone más peso.Sigues acumulando desafíos.Simplemente ocupa mucho espacio", dijo Ortiz. "Esta tecnología es superior en condiciones áridas, mientras que la refrigeración es mejor en condiciones de alta humedad".