IniciotecnologíaCaptación de Agua del Aire: Avances y Tecnologías Futuras

Captación de Agua del Aire: Avances y Tecnologías Futuras

El agua es esencial para la humanidad, una realidad tan fundamental que ni siquiera las narrativas más fantásticas de la ciencia ficción pueden negar nuestra dependencia de ella.

Luke Skywalker, el icónico héroe de «La guerra de las galaxias», se crió en la «granja de humedad» de su tío en el árido planeta de Tatooine, donde el agua se extraía directamente de la atmósfera.

De manera similar, en el universo de «Duna» de Frank Herbert, los fremen del desértico mundo de Arrakis capturan agua utilizando «trampas cazavientos».

Innovaciones Terrestres en la Captación de Agua Atmosférica

Aquí en la Tierra, los ingenieros también están explorando métodos para cosechar agua del aire.

Las condiciones en el desierto de Atacama en Chile, a menudo citado como «el lugar más seco de la Tierra», muestran que incluso allí se pueden recoger diariamente hasta 200 ml de agua por metro cuadrado gracias a la niebla y el rocío.

A nivel global, se estima que la atmósfera terrestre contiene 12.900 kilómetros cúbicos de agua, un volumen comparable al del Lago Superior.

Proyecciones futuras sugieren que el calentamiento global podría aumentar la humedad atmosférica en un 27% en los próximos 50 años, destacando la importancia de desarrollar técnicas para aprovechar este recurso invisible.

La Necesidad Urgente de Tecnologías de Captación de Agua

A medida que las temperaturas globales aumentan y la población mundial crece, es probable que el número de personas sin acceso a agua suficiente también aumente.

Actualmente, más de 2.300 millones de personas residen en países con escasez hídrica, y se anticipa que para 2030, aproximadamente un tercio de esta población podría verse desplazada por sequías intensificadas.

Métodos Tradicionales y Modernos de Recolección de Agua

La técnica de recolectar agua del aire no es nueva. Historias de civilizaciones antiguas como los incas muestran que ya utilizaban métodos ingeniosos para captar la condensación, colocando recipientes bajo los árboles para recolectar agua de la niebla marina.

En las Islas Canarias, árboles como laureles, enebros y pinos son conocidos como «árboles fuente» por su capacidad para captar agua de la niebla.

Esta práctica se extiende hasta las montañas áridas de Omán, donde los habitantes construyen cisternas bajo los árboles para similar propósito, una sabiduría que continúa relevante en la búsqueda de soluciones a la escasez de agua.

Los enfoques contemporáneos para la recolección de humedad atmosférica han evolucionado, pero mantienen principios básicos similares a los antiguos. En lugar de depender de las hojas de los árboles para condensar el agua, los sistemas modernos emplean mallas poliméricas extremadamente finas.

El recrudecimiento de las sequías por el calentamiento global impulsa la recolección de agua de la atmósfera.

A través de estas mallas, la niebla pasa y las microgotas se adhieren a las fibras de polímero, creciendo en tamaño hasta que, por efecto de la gravedad, se deslizan hacia canales que las dirigen a un depósito.

Un colector típico de 40 metros cuadrados en áreas neblinosas puede generar hasta 200 litros de agua al día, suficiente para sustentar a 60 personas con agua potable.

Innovaciones y Mejoras en la Captación de Humedad

El potencial de mejora en estas tecnologías es significativo. Bajo la guía de Urszula Stachewicz, de la Universidad AGH de Cracovia, se descubrió que modificar el proceso de fabricación de las fibras poliméricas a través del electrohilado, que imparte una carga eléctrica leve a la malla, aumenta la capacidad de atracción de las gotas de agua en la niebla.

En 2021, Stachewicz y su equipo encontraron que esta técnica permitía condensar un 50% más de agua. Más adelante, junto a Gregory Parisi del Instituto Politécnico Rensselaer, en Nueva York, mejoraron aún más el rendimiento al incorporar dióxido de titanio (TiO2) a la malla.

Aunque el TiO2 se vuelve superhidrófilo y retiene agua cuando se expone a luz ultravioleta, se descubrió que en condiciones de niebla ligera, estas mallas mejoradas son un 30% más eficientes. Estas mejoras han llevado a que estos captadores de humedad se utilicen ya en tres continentes.

Soluciones para Áreas con Niebla Escasa

En regiones interiores donde la niebla es menos frecuente, se requieren métodos alternativos. Un enfoque efectivo es capturar el agua ya presente en el aire.

Al descender la temperatura, la capacidad del aire para retener agua disminuye, lo que provoca que el exceso de agua se condense en superficies, un fenómeno conocido comúnmente como rocío.

Este método es particularmente viable en zonas con alta saturación de agua, como Gran Bretaña, aunque también puede aplicarse en cualquier lugar donde predominen condiciones de poco viento y una humedad relativa promedio del 70%.

Una técnica efectiva para captar agua es el «enfriamiento radiativo», que ocurre principalmente durante la noche. Este fenómeno se da cuando ciertos materiales, como el aluminio, pierden calor tan eficazmente que su temperatura cae por debajo de la del ambiente circundante.

Al caer la noche, el agua del ambiente se condensa en estos materiales fríos, formando gotas que posteriormente se deslizan hacia abajo. Los dispositivos diseñados con materiales radiativos a menudo cuentan con superficies internas que atraen el agua condensada. En estas cámaras, el aire húmedo se enfría, libera su humedad y luego sale por una exclusa.

Estos sistemas son particularmente eficaces en zonas desérticas, donde la diferencia de temperatura entre el día y la noche es más pronunciada, con cielos claros, días muy calurosos y noches frescas.

Avances en Productividad y Aplicaciones Diurnas

Históricamente, la principal limitación de la técnica de enfriamiento radiativo ha sido su reducida eficacia durante el día. Sin embargo, esto cambió en 2021 cuando Dimos Poulikakos y su estudiante de doctorado Iwan Haechler, de los Institutos Federales de Tecnología de Suiza, desarrollaron un nuevo tipo de vidrio.

Este vidrio cuenta con una capa de plata en la parte inferior y una capa de polímero de silicio entre capas de cromo en la parte superior. La capa de plata refleja la luz solar, mientras que el polímero, situado en medio de capas de cromo, permite que el calor se disipe en forma de radiación infrarroja, enfriando así el vidrio hasta 15°C por debajo de la temperatura ambiente y permitiendo la condensación incluso durante las horas más calurosas del día.

Un escudo térmico y una cámara de condensación equipada con este vidrio pueden generar hasta 1.2 litros de agua por metro cuadrado diariamente.

Desafíos y Soluciones para la Recolecta de Agua

A pesar de sus ventajas, el enfriamiento radiativo enfrenta el desafío de cómo cosechar eficientemente el agua de las superficies de las cámaras sin un gasto energético significativo.

Para abordar esto, Poulikakos y Haechler aplicaron un recubrimiento superhidrófobo a la superficie de las cámaras, el cual repela las gotas de agua, permitiendo que el sistema opere sin necesidad de energía eléctrica adicional.

El coste del prototipo de estos sistemas es bastante bajo, menos de 50 dólares, lo que los hace accesibles; sin embargo, en muchas regiones con urgente necesidad de agua, los niveles de humedad son demasiado bajos para que la cosecha de rocío sea viable. En estos casos, las tecnologías que utilizan materiales superabsorbentes se presentan como las alternativas más prometedoras.

Un grupo de ingenieros liderado por Peng Wang de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah en Arabia Saudita, ha explorado el potencial de diversas sales químicas, relacionadas con el común cloruro de sodio, para absorber agua del aire.

En 2020, este equipo reportó avances significativos con cápsulas huecas de nanocarbono rellenas de cloruro de litio, capaces de capturar más del doble de su peso en vapor de agua, incluso en ambientes con una humedad relativa menor al 60%.

Otras sales estudiadas han demostrado ser efectivas en condiciones de humedad tan bajas como el 10%, mostrando un gran potencial para la cosecha de agua en condiciones extremas.

Desafíos y Productividad de las Cápsulas de Cloruro de Litio

Aunque los resultados son alentadores, la tecnología aún se encuentra en fase de prototipo y enfrenta importantes desafíos, especialmente en su productividad en zonas áridas.

Los sistemas desarrollados por el doctor Wang, aunque líderes en su campo, producen sólo 1.6 litros de agua por cada kilogramo de cloruro de litio en un periodo de diez horas. Aunque esta cantidad supera las capacidades de otras tecnologías, sigue siendo insuficiente para satisfacer las necesidades de agua de una comunidad.

Perspectivas Futuras para la Captura de Agua en Zonas Áridas

A pesar de los desafíos actuales, la combinación de estas nuevas tecnologías abre la puerta a un futuro prometedor. Se vislumbra la posibilidad de que, algún día, incluso las regiones más secas del planeta, aquellas donde no se ha registrado lluvia en la historia, puedan generar suficiente agua para sostener la vida humana.

Este avance podría significar una solución vital no solo en la Tierra, sino también en escenarios de planetas distantes explorados en la ciencia ficción.