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Es posible extraer agua del aire seco

Un dispositivo obtiene agua del aire con menos de 20% de humedad y funciona con energía solar

Imagine un futuro en el que cada hogar tenga un electrodoméstico que extraiga del aire toda el agua que necesita el hogar, incluso en climas secos o desérticos, utilizando únicamente la energía del sol, ese futuro puede estar a la vuelta de la esquina, con la demostración esta semana de una cosechadora de agua que usa solo luz del sol para sacar litros de agua del aire cada día en condiciones tan bajas como 20% de humedad, un nivel común en áreas áridas, todo tiene que ver con el MOF.

La cosechadora de energía solar, informada en la revista Science, se construyó en el instituto de tecnología de Massachusetts, MIT, utilizando un material especial, un marco orgánico de metal, o MOF, Metal-organic frameworks, entramados de moléculas de carbono y de metales que se diseñan a medida, como si fueran un Lego, para múltiples funciones, que fue producido en la universidad de California, Berkeley, «este es un gran avance en el desafío de larga data de cosechar agua del aire a baja humedad», explicó Omar Yaghi, uno de los dos autores principales del artículo, que ocupa la cátedra de química James y Neeltje Tretter en UC Berkeley, quien es un científico de la facultad en el laboratorio nacional Lawrence Berkeley, «no hay otra manera de hacerlo ahora, excepto mediante el uso de energía extra. Su deshumidificador eléctrico en el hogar produce agua muy cara».

El prototipo, en condiciones de 20 a 30% de humedad, fue capaz de extraer 2.8 litros de agua del aire durante un período de 12 horas, usando un kilogramo de MOF, las pruebas en la azotea del MIT confirmaron que el dispositivo funciona en condiciones reales, «una visión para el futuro es tener agua sin red, donde tienes un dispositivo en el hogar que funciona con energía solar ambiental para suministrar agua que satisfaga las necesidades de un hogar», explicó Yaghi, director fundador de Berkeley Global Science Institute, codirector del Kavli Energy NanoSciences Institute y de la California Research Alliance de BASF, «para mí, eso será posible gracias a este experimento. Lo llamo agua personalizada».

Mof, para obtener agua.
Omar Yaghi, explica las estructuras metal orgánicas que pueden absorber gases y líquidos, incluido el agua directamente del aire con baja humedad.

No hará falta una red de agua, sólo que coloques un dispositivo en el techo de tu casa

Yaghi, inventó las estructuras orgánicas de metal hace más de 20 años, combinando metales como el magnesio o el aluminio con moléculas orgánicas en una disposición de entramado para crear estructuras rígidas y porosas ideales para almacenar gases y líquidos, desde entonces, los investigadores de todo el mundo han creado más de 20 mil MOF diferentes, algunos contienen químicos como hidrógeno o metano, por lo que la compañía química alemana, BASF está probando uno de los MOF de Yaghi en camiones alimentados con gas natural, ya que los tanques llenos de MOF retienen tres veces más metano que se puede bombear bajo presión en un tanque vacío.

Otros MOF pueden capturar el dióxido de carbono de los gases de combustión, catalizar la reacción de sustancias químicas adsorbidas o petroquímicas separados en las plantas de procesamiento, en 2014, Yaghi y su equipo de UC Berkeley sintetizaron un MOF, con una combinación de metal de zirconio y ácido adípico que une el vapor de agua, y sugirió a Evelyn Wang, una ingeniera mecánica del MIT, que unieran sus fuerzas para convertir el MOF en un sistema colector de agua, el sistema diseñado por Wang y sus alumnos consistía en más de dos libras de cristales de MOF del tamaño de un polvo comprimidos entre un absorbente solar y una placa condensadora, colocados dentro de una cámara abierta al aire.

A medida que el aire ambiente se difunde a través del MOF poroso, las moléculas de agua se adhieren preferentemente a las superficies interiores, los estudios de difracción de rayos X han demostrado que las moléculas de vapor de agua a menudo se reúnen en grupos de ocho para formar cubos, la luz del sol que entra por una ventana calienta el MOF y conduce el agua hacia el condensador, que está a la temperatura del aire exterior, el vapor se condensa como agua líquida y gotea en un colector.

«Este trabajo ofrece una nueva forma de extraer agua del aire que no requiere altas condiciones de humedad relativa y es mucho más eficiente en energía que otras tecnologías existentes», acotó Wang, esta prueba de concepto de la cosechadora deja mucho margen de mejora, afirma Yaghi, ya que el MOF actual puede absorber solo el 20% de su peso en agua, pero otros materiales de MOF podrían absorber el 40% o más, el material también se puede ajustar para que sea más efectivo a niveles de humedad más altos o más bajos.

«No es solo que hayamos fabricado un dispositivo pasivo que esté recogiendo agua, sino que ahora hemos establecido los fundamentos teóricos y experimentales para que podamos seleccionar otros MOF, miles de los cuales podrían fabricarse, para encontrar materiales aún mejores», agregó, pues «hay un gran potencial para aumentar la cantidad de agua que se está recogiendo. Ahora solo se trata de una ingeniería más avanzada».

Yaghi y su equipo están trabajando para mejorar sus MOF, mientras que Wang continúa mejorando el sistema de recolección para producir más agua, “para tener agua corriendo todo el tiempo, podrías diseñar un sistema que absorba la humedad durante la noche y la desarrolle durante el día», explicó, «o diseña el colector solar para permitir esto a un ritmo mucho más rápido, donde se introduce más aire. Queríamos demostrar que, si te encontrases en algún lugar del desierto, podrías sobrevivir gracias a este dispositivo. Una persona necesita alrededor una lata de agua por día. Eso es algo que uno podría recolectar en menos de una hora con este sistema».

Los coautores del trabajo con Yaghi y Wang son Eugene Kapustin y Hiroyasu Furukawa de UC Berkeley y Hyunho Kim, Sungwoo Yang, Sameer Rao, Shankar Narayanan y Ari Umans de MIT, el trabajo fue apoyado en parte por ARPA-E, un programa del departamento de energía de EE.UU., y el trabajo en MOFs en el laboratorio de Yaghi es apoyado por BASF y la ciudad Rey Abdulaziz para la ciencia y tecnología en Riyadh, Arabia Saudita.

Fuente
ABC

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