La escasez de agua dulce afecta a más de dos mil millones de personas en el mundo, principalmente en regiones áridas y remotas, así como en islas y zonas costeras sin fuentes de agua dulce.El cambio climático y el crecimiento demográfico no hacen más que empeorar el problema, y ​​los métodos existentes requieren un aporte de energía, normalmente eléctrica.

Las energías renovables pueden solucionar este problema y son necesarias en estas regiones para el agua potable y el riego, utilizando agua extraída de la atmósfera.(Se estima que la atmósfera contiene alrededor de 13 billones de toneladas de agua, seis veces el agua dulce de los ríos del mundo; el calentamiento global permite que el aire contenga más vapor de agua, en un teórico 7% por grado Celsius de calentamiento.)

Ahora ingenieros y científicos de Arabia Saudita y China han creado un sistema que utilizaenergía solarpara extraer del aire hasta 3 litros (0,8 galones) de agua por metro cuadrado y día, de forma puramente pasiva, sin necesidad de mantenimiento ni operadores humanos.El estudio espublicadoen el diarioComunicaciones de la naturaleza.

El sistema fue probado utilizando el agua recolectada para cultivar repollo con éxito durante dos temporadas enThuwal, Arabia Saudita.

"Nuestro objetivo es implementar esta tecnología para producir agua del aire para compensar las necesidades de agua deagricultura sosteniblenecesaria para garantizar la producción de alimentos en Oriente Medio", afirmó Yu Han, coautor de la Universidad Tecnológica del Sur de China.

Los sistemas existentes de extracción de agua atmosférica impulsados ​​por energía solar (SAWE) suelen depender de la absorción de vapor de agua del aire.Cuando el material absorbente alcanza la saturación, el sistema se sella y se expone a la luz solar, lo que inicia la liberación del agua capturada.Son una mejora con respecto a las tecnologías pasivas de agua atmosférica, como la recolección de niebla y rocío, y están más disponibles en otras geografías y sitios con limitaciones climáticas.

Pero estos sistemas SAWE solo permiten un ciclo de absorción-liberación por día, capturando la humedad por la noche y desorbiéndola durante el día, mientras que la fase de absorción lenta limita la cantidad de agua que se puede extraer.

Su adopción generalizada también está limitada por los costosos nanomateriales absorbentes, lo que dificulta la ampliación de los prototipos, mientras que los ciclos de conmutación requieren un sistema activo que es propenso a averiarse o una operación que requiere mucha mano de obra con piezas móviles, lo que hace que los sistemas sean complejos y consuman mucha energía.

Para diseñar un sistema pasivo, eficiente, fácilmente escalable y de mínima mano de obra, el grupo utilizó una estructura de múltiples microcanales verticales, llamados puentes de transporte masivo.Los tubos, colocados en un recipiente, se llenan con una solución salina líquida que actúa como absorbente de líquido;Usaron cloruro de litio.

Dependiendo deldistribución de temperatura, la región de temperatura ambiente, expuesta al medio ambiente, captura continuamente agua atmosférica y la almacena en un recipiente.Cuando el sistema recibe luz solar, el absorbente convierte la luz en calor y genera vapor de agua concentrado en la región de alta temperatura.

El vapor de agua se condensa en la pared de la cámara y produce agua dulce.Más agua capturada del recipiente del absorbente se mueve ininterrumpidamente hacia la región de alta temperatura.

Al mismo tiempo, el líquido concentrado en la región de alta temperatura es transportado de regreso a la región de temperatura ambiente mediante difusión (el movimiento de moléculas desde una región de alta concentración a una región de baja concentración) y por convección (el movimiento de la región de alta temperatura).solución más caliente y de menor densidad a través de las regiones más frías y densas, lo que permite la captura continua devapor de aguasiempre que haya luz solar disponible.

Para implementar este sistema, el equipo creó un absorbente solar a partir de nanotubos de carbono parcialmente oxidados sobre una membrana de fibra de vidrio.La negrura de los nanotubos de carbono y las microestructuras que atrapan la luz absorbieron aproximadamente el 96% de la luz solar cuando estaban mojados.Descubrieron que las alturas óptimas para la zona de generación de vapor y la zona de captura de agua atmosférica eran de 3 y 5 cm, respectivamente.

Para probar esta configuración durante un período de producción de ocho días, utilizaron ocho horas de iluminación equivalente al sol seguidas de 16 horas de oscuridad.Descubrieron que a medida que la humedad relativa aumentaba del 60% al 90%, la tasa de producción de agua aumentaba de aproximadamente 0,04 a aproximadamente 0,65 kilogramos por metro cuadrado por hora.

Como prueba real en el campo 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 producía 2,9 litros por metro cuadrado al día, variando según la energía solar recibida y la humedad relativa.

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

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

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