La cosechadora de agua portátil con energía solar puede combatir la escasez de agua

Investigadores de la Universidad de California, Berkeley, han diseñado un dispositivo portátil que ha sido probado en condiciones climáticas extremas que puede extraer y convertir moléculas de agua del aire en agua potable, utilizando solo la luz solar ambiental como fuente de energía, según un estudio publicado en Naturaleza Agua presentar.

Este recolector de agua atmosférica utilizó un material ultraporoso conocido como estructura organometálica (MOF) para extraer agua repetidamente en el lugar más cálido y seco de América del Norte, el Parque Nacional Death Valley. Estas pruebas demostraron que el dispositivo podría proporcionar agua limpia en cualquier lugar, resolviendo un problema urgente a medida que el cambio climático empeora las condiciones de sequía.

“Casi un tercio de la población mundial vive en regiones con escasez de agua. La ONU predice que para 2050, casi 5 mil millones de personas en el planeta experimentarán algún tipo de escasez de agua durante gran parte del año”, dijo Omar Yaghi, profesor de química de Berkeley que inventó MOF y lidera esta investigación. “Esto es bastante significativo cuando se usa una nueva fuente de agua”.

Otro tipo de materiales, como los hidrogeles, las zeolitas o las sales, no pueden operar en condiciones de baja humedad ahorrando energía y con un alto rendimiento. Las cosechadoras con motor MOF pueden hacerlo, lo que las convierte en una herramienta excepcionalmente poderosa para resolver problemas de escasez de agua relacionados con todo, desde el agua potable hasta la agricultura. La tecnología también se puede utilizar para asegurar agua limpia en regiones donde el agua es abundante pero no limpia.

El estudio ilustra una forma en que los MOF especialmente diseñados pueden ayudar a la sociedad a combatir y adaptarse al cambio climático. Los expertos del Instituto Bakar de Materiales Digitales para el Planeta (BIDMaP) de la Facultad de Informática, Ciencia de Datos y Sociedad están utilizando la ciencia de datos y el aprendizaje automático para acelerar y ampliar el diseño de estas moléculas, materiales y dispositivos.

“Lo que estamos haciendo en BIDMaP es crear lo que yo llamo un ‘ciclo de innovación digital’ para unir la molécula, el material y cómo el material se configura y encaja en el dispositivo, incluido el diseño, el rendimiento y el rendimiento reales del dispositivo. “, dijo. Yaghi, codirector y científico jefe de BIDMaP. “Todo está conectado y cada parte debe optimizarse para obtener el máximo rendimiento”.

Los autores del estudio “La cosechadora de agua MOF produce agua del aire del desierto del Valle de la Muerte a la luz del sol ambiental” son Woochul Song, Zhiling Zheng, Ali Alawadhi y Yaghi. Están afiliados al Departamento de Química de Berkeley, al Instituto Kavli Energy NanoScience y a BIDMaP.

Cosecha de agua y productividad

Los investigadores de Berkeley probaron el dispositivo en Berkeley, California, y el Parque Nacional Death Valley, California. El MOF motorizado ha extraído agua repetidamente en ambos lugares, a pesar de la humedad extremadamente baja y las amplias temperaturas diarias en el Valle de la Muerte.

También es extremadamente eficiente en la recolección de agua, liberando como agua potable del 85 al 90 por ciento del agua que captura como vapor atmosférico. Durante el día recolectó hasta 285 gramos de agua por kilogramo de esqueleto organometálico, el equivalente a una taza de agua. El MOF puede continuar funcionando durante muchos ciclos durante muchos años sin recargar ni modificar. Al final de su vida, el MOF se puede desmontar y volver a montar en el agua sin descarga y de forma sostenible.

El equipo de expertos que desarrolló el MOF y el dispositivo estaba entusiasmado con lo que esto significaba para el medio ambiente. Una de las características que la distingue de otras tecnologías de agua limpia es que funciona completamente con la luz solar ambiental y no requiere fuentes de energía adicionales para funcionar. Esto significa que su funcionamiento no genera emisiones que calentarían el planeta.

También es más pequeña que la cosechadora MOF anterior y cabe en un bolso. A pesar del cambio de tamaño, el dispositivo es aún más eficiente energéticamente. Produjo 200 gramos de agua pura por metro cuadrado de vapor, más de tres veces la tasa de productividad de agua de la iteración anterior de la cosechadora impulsada por MOF del equipo de Yaghi.

Es probable que haya más desarrollos en el rendimiento, el tamaño y la escala de este primer prototipo. Yaghi dijo que prevé la adopción generalizada de recolectores de agua domésticos con tecnología MOF y recolectores de agua a escala comunitaria algún día, con la ayuda de la ciencia de datos y el aprendizaje automático. Pueden estar en cocinas o incluso junto a acondicionadores de aire para proporcionar agua limpia a los hogares para cocinar y limpiar. Dijo que algunas empresas ya están trabajando en ello.

“Le da a las personas independencia del agua”, dijo Yaghi.