No se puede extraer sangre de una piedra, pero es posible extraer agua
del cielo del desierto, gracias a un nuevo dispositivo esponjoso que usa
la luz del sol para aspirar el vapor de agua del aire, incluso con poca
humedad. El dispositivo puede producir casi 3 litros de agua por día
por cada kilogramo de absorbente esponjoso que contiene, y los
investigadores dicen que las versiones futuras serán aún mejores.
Eso significa que los hogares en las partes más secas del mundo podrían
tener pronto un aparato de energía solar capaz de entregar toda el agua
que necesitan, ofreciendo alivio a miles de millones de personas.
Para
encontrar una solución de uso múltiple, los investigadores dirigidos
por Omar Yaghi, químico de la Universidad de California, Berkeley, se
volvieron a una familia de polvos cristalinos llamados marcos orgánicos
de metal, o MOFs. Yaghi desarrolló los primeros MOF-cristales porosos
que forman redes 3D continuas-hace más de 20 años. Las redes se reúnen
en un Tinkertoy-como la moda a partir de átomos de metal que actúan como
los hubs y compuestos orgánicos sticklike que unen los hubs juntos. Al
elegir diferentes metales y compuestos orgánicos, los químicos pueden
marcar las propiedades de cada MOF, controlando qué gases se unen a
ellos, y qué tan fuerte se mantienen.
Por
la mañana, la cámara está cerrada, y la luz del sol que entra a través
de una ventana en la parte superior del dispositivo luego calienta el
MOF, que libera las gotitas de agua y las conduce -como vapor- hacia el
condensador más frío. La diferencia de temperatura, así como la alta
humedad dentro de la cámara, hace que el vapor se condense como agua
líquida, que gotea en un colector. La instalación funciona tan bien que
saca 2,8 litros de agua del aire por día por cada kilogramo de MOF que
contenía, informó hoy el equipo de Berkeley y el MIT en Science.
Hay un estimado de 13 billones de litros de agua flotando en la
atmósfera en cualquier momento, lo que equivale al 10% de toda la agua
dulce en los lagos y ríos de nuestro planeta. Con el paso de los años,
los investigadores han desarrollado maneras de agarrar algunos goteos,
como el uso de redes finas para mechas de agua de los bancos de niebla, o
deshumidificadores con hambre para condensarla del aire. Pero ambos
enfoques requieren aire muy húmedo o demasiada electricidad para ser
ampliamente útil.
Para
encontrar una solución de uso múltiple, los investigadores dirigidos
por Omar Yaghi, químico de la Universidad de California, Berkeley, se
volvieron a una familia de polvos cristalinos llamados marcos orgánicos
de metal, o MOFs. Yaghi desarrolló los primeros MOF-cristales porosos
que forman redes 3D continuas-hace más de 20 años. Las redes se reúnen
en un Tinkertoy-como la moda a partir de átomos de metal que actúan como
los hubs y compuestos orgánicos sticklike que unen los hubs juntos. Al
elegir diferentes metales y compuestos orgánicos, los químicos pueden
marcar las propiedades de cada MOF, controlando qué gases se unen a
ellos, y qué tan fuerte se mantienen.
Durante las últimas dos décadas los químicos han sintetizado más de
20.000 MOFs, cada uno con propiedades únicas que agarraban moléculas.
Por ejemplo, Yaghi y otros recientemente diseñaron MOFs que absorben -y
luego liberan- metano, convirtiéndolos en un tipo de tanque de gasolina
de alta capacidad para vehículos a gas natural.
En 2014, Yaghi y sus colegas sintetizaron un MOF que sobresalía en la
absorción de agua, incluso bajo condiciones de baja humedad. Eso lo
llevó a contactar a Evelyn Wang, ingeniero mecánico del Massachusetts
Institute of Technology (MIT) en Cambridge, con quien había trabajado
previamente en un proyecto para usar los MOF en el aire acondicionado de
automóviles. Después de sintetizar el nuevo MOF basado en zirconio,
llamado MOF-801, Yaghi conoció a Wang en el MIT y dijo: “Evelyn tenemos
que encontrar un dispositivo de recolección de agua.” Ella accedió a
darle una oportunidad.
El sistema que Wang y sus estudiantes diseñaron consta de un kilogramo
de cristales MOF de tamaño de polvo comprimidos en una fina lámina de
metal de cobre poroso. Esa hoja se coloca entre un absorbedor solar y
una placa de condensador y se coloca dentro de una cámara. Por la noche
se abre la cámara, permitiendo que el aire ambiente se difunda a través
del MOF poroso y moléculas de agua para adherirse a sus superficies
interiores, reuniéndose en grupos de ocho para formar diminutas gotitas
cúbicas.
Por
la mañana, la cámara está cerrada, y la luz del sol que entra a través
de una ventana en la parte superior del dispositivo luego calienta el
MOF, que libera las gotitas de agua y las conduce -como vapor- hacia el
condensador más frío. La diferencia de temperatura, así como la alta
humedad dentro de la cámara, hace que el vapor se condense como agua
líquida, que gotea en un colector. La instalación funciona tan bien que
saca 2,8 litros de agua del aire por día por cada kilogramo de MOF que
contenía, informó hoy el equipo de Berkeley y el MIT en Science.
“Ha sido un sueño de mucho tiempo” para cosechar agua del aire del
desierto, dice Mercouri Kanatzidis, un químico de la Universidad
Northwestern en Evanston, Illinois, que no participó en el trabajo.
“Esta demostración… es una prueba significativa del concepto”. Es
también una que Yaghi dice que tiene mucho espacio para mejorar. Para
los principiantes, el zirconio cuesta $ 150 el kilogramo, haciendo que
los dispositivos de recolección de agua sean demasiado costosos para ser
ampliamente útiles.
Sin embargo, Yaghi dice que su grupo ya ha tenido un éxito temprano en
el diseño de agua MOFs que reemplazar el zirconio con aluminio, un metal
que es 100 veces más barato. Eso podría hacer que los futuros
cosechadores de agua sean lo suficientemente baratos no sólo para calmar
la sed de las personas en las regiones áridas, sino quizás incluso para
abastecer de agua a los agricultores.
junio 10, 2017
Via: www.sciencemag.org
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