Ingenieros de Australia y China han inventado un dispositivo similar a una esponja que captura agua del aire y luego la libera en una taza utilizando la energía solar, incluso en condiciones de baja humedad donde otras tecnologías, como la recolección de niebla y el enfriamiento radiante, han enfrentado dificultades.
El dispositivo que extrae agua del aire es efectivo en un amplio rango de niveles de humedad (30 – 90%) y temperaturas (5 – 55 grados Celsius).
El investigador principal, Dr. Derek Hao, de la Universidad RMIT en Melbourne, explicó que la invención se basa en la estructura esponjosa del balsa refinado, modificado para absorber agua de la atmósfera y liberarla de manera controlada.
El compuesto basado en madera desarrollado por el equipo se adapta perfectamente a una taza con tapa de domo y bandeja antipolución, un mecanismo de enfriamiento y un sistema de activación alimentado por energía solar.
“Billones de personas en todo el mundo carecen de acceso a agua potable y millones mueren cada año por enfermedades transmitidas por el agua”, afirmó Hao, un científico de materiales y ingeniero ambiental en la Escuela de Ciencias de RMIT.
Hao fue el autor correspondiente del estudio, que se realizó en colaboración con cinco instituciones de investigación chinas, lideradas por el Dr. Junfeng Hou de la Universidad de Zhejiang A&F.
El equipo ha creado un dispositivo que combina el andamiaje esponjoso de la madera, cloruro de litio, nanopartículas de óxido de hierro, una capa de nanotubos de carbono y otras características especializadas.
Utilizaron inteligencia artificial para predecir y optimizar con precisión el rendimiento de recolección y descarga de agua del dispositivo bajo diferentes condiciones ambientales.
El material esponjoso, que es un prototipo de laboratorio en una fase temprana, absorbe humedad de la atmósfera cuando la tapa de la taza está abierta. Cuando la tapa se cierra bajo la luz solar, el agua se libera en la taza.
Bajo condiciones de laboratorio, el dispositivo absorbió aproximadamente 2 mililitros de agua por gramo de material a 90% de humedad relativa y liberó casi toda el agua en un plazo de 10 horas bajo exposición solar, un rendimiento superior al de la mayoría de los otros métodos conocidos y a un costo menor. Con nueve cubos esponjosos, cada uno pesando 0.8 gramos, se pueden absorber y liberar 15 mililitros de agua en la taza.
“En pruebas al aire libre, nuestro dispositivo capturó 2.5 mililitros de agua por gramo durante la noche y liberó la mayoría de ella durante el día, logrando una eficiencia de recolección diaria de agua del 94%”, indicó Hou.
“A 30% de humedad, nuestro dispositivo absorbió agua a aproximadamente 0.6 mililitros por gramo. Estos resultados destacan su potencial uso en sistemas de recolección de agua impulsados por energía solar y fuera de la red”.
Hao señaló que el uso de madera natural como matriz no solo reduce costos, sino que también proporciona integridad estructural y mejora el transporte de agua a través de su arquitectura porosa.
“Estas características permiten que el material se produzca en grandes cantidades y se implemente en aplicaciones del mundo real, como la recolección de agua en regiones remotas o áridas”, explicó.
“El dispositivo mantuvo su flexibilidad y función de absorción de agua incluso después de haber sido almacenado a -20 grados Celsius durante 20 días, demostrando una excelente resistencia al frío. Su rendimiento de absorción y liberación de humedad fue estable a lo largo de 10 ciclos consecutivos, con una disminución de eficiencia de menos del 12%”.
Hao también mencionó que el dispositivo sería apto para escenarios de emergencia, como en los casos de desastres naturales donde las fuentes de agua se han visto comprometidas, si el equipo puede escalar y optimizar la innovación modular.
“El tamaño actual de la unidad demostrativa es de 15 milímetros cúbicos. Sería muy fácil preparar una unidad más grande, o podemos utilizar las unidades para formar una matriz”, comentó.
“Su capacidad para recolectar agua potable de la atmósfera utilizando solo luz solar lo hace invaluable en áreas afectadas por desastres donde las fuentes de agua tradicionales están comprometidas. La portabilidad del sistema y su dependencia de energía renovable aumentan aún más su aplicabilidad en estos contextos”.
Hao explicó que el material fue diseñado pensando en la escalabilidad y la asequibilidad. “El componente principal, la madera de balsa, es ampliamente disponible, biodegradable y económico, y el proceso de fabricación no es complejo, lo que podría permitir la producción en masa”.
“El rendimiento estable demostrado a lo largo de múltiples ciclos y en diversas condiciones ambientales indica longevidad y rentabilidad”, añadió.
El equipo está en conversaciones con posibles socios de la industria sobre la producción a escala piloto y el despliegue en el campo, integrándose en sistemas modulares de recolección de agua del aire.
“Los paneles solares combinados con almacenamiento de energía térmica podrían permitir un funcionamiento continuo, especialmente en áreas con luz solar intermitente”, dijo Hao.
Desarrollar sistemas de control automatizados utilizando sensores del Internet de las Cosas para monitorear la humedad relativa, la temperatura y la intensidad solar podría optimizar aún más los ciclos de recolección de agua, concluyó Hao.
El estudio titulado ‘Desarrollo y caracterización de nuevos materiales compuestos basados en madera para la recolección atmosférica de agua alimentados por energía solar: un enfoque respaldado por inteligencia de máquinas’ ha sido publicado en el Journal of Cleaner Production.
