Innovación científica: Dispositivo puede recolectar agua potable del aire seco

Pero ese dispositivo requería el uso de materiales especializados llamados marcos orgánicos metálicos, o MOF, que son caros y limitados en suministro, y la producción de agua del sistema no era suficiente para un sistema práctico. Ahora, al incorporar una segunda etapa de desorción y condensación, y al usar un material adsorbente fácilmente disponible, la salida del dispositivo se ha incrementado significativamente y su escalabilidad como un producto potencialmente generalizado mejora enormemente, dicen los investigadores.

En lugar de los MOF, el nuevo diseño utiliza un material adsorbente llamado zeolita, que en este caso está compuesto por un aluminofosfato de hierro microporoso. El material está ampliamente disponible, es estable y tiene las propiedades adsorbentes adecuadas para proporcionar un sistema eficiente de producción de agua basado solo en las fluctuaciones típicas de temperatura día-noche y el calentamiento con luz solar.

¿Cómo funciona?

El diseño de dos etapas desarrollado por LaPotin hace un uso inteligente del calor que se genera cada vez que el agua cambia de fase. El calor del sol es recogido por una placa absorbente solar en la parte superior del sistema en forma de caja y calienta la zeolita, liberando la humedad que el material ha capturado durante la noche.

Ese vapor se condensa en una placa colectora, un proceso que también libera calor. La placa colectora es una lámina de cobre directamente encima y en contacto con la segunda capa de zeolita, donde se utiliza el calor de condensación para liberar el vapor de esa capa posterior. Las gotas de agua recogidas de cada una de las dos capas se pueden canalizar juntas en un tanque colector.

En el proceso, la productividad general del sistema, en términos de sus litros potenciales por día por metro cuadrado de área de recolección solar (LMD), se duplica aproximadamente en comparación con la versión anterior, aunque las tasas exactas dependen de las variaciones locales de temperatura, el flujo solar y los niveles de humedad.

Los enfoques AWH existentes incluyen la recolección de niebla y la recolección de rocío, pero ambos tienen limitaciones significativas. La recolección de niebla solo funciona con una humedad relativa del 100%, y actualmente se usa solo en unos pocos desiertos costeros, mientras que la recolección de rocío requiere una refrigeración intensiva en energía para proporcionar superficies frías para que la humedad se condense y aún requiere una humedad de al menos el 50%, dependiendo de la temperatura ambiente.

Por el contrario, el nuevo sistema puede trabajar a niveles de humedad tan bajos como el 20% y sólo requiere entrada de energía como la luz solar o cualquier otra fuente disponible de calor de bajo grado.

LaPotin dice que la clave es esta arquitectura de dos etapas; ahora que se ha demostrado su efectividad, las personas pueden buscar materiales adsorbentes aún mejores que podrían aumentar aún más las tasas de producción. La tasa de producción actual de aproximadamente 0,8 litros de agua por metro cuadrado por día puede ser adecuada para algunas aplicaciones, pero si esta tasa se puede mejorar con algunos ajustes adicionales y opciones de materiales, esto podría ser práctico a gran escala, dice.

“Ya están en desarrollo materiales que tienen una adsorción aproximadamente cinco veces mayor que esta zeolita en particular y podrían conducir a un aumento correspondiente en la producción de agua”, según Wang.

El sistema de dos etapas también podría adaptarse a otros tipos de enfoques de recolección de agua que utilizan múltiples ciclos térmicos por día, alimentados por una fuente de calor diferente en lugar de la luz solar, y por lo tanto podrían producir mayores salidas diarias.