Aproximadamente el 40% de la superficie terrestre lo constituyen las drylands o tierras secas que albergan una población de 2.1 billones de habitantes de los cuales el 90% corresponden a países en desarrollo (1). Uno de cada tres habitantes del planeta reside en drylands. Estas están constituidas por regiones hiper áridas (desiertos), áridas, semiáridas y sub húmedas secas. Estas zonas se caracterizan por una escasa precipitación anual en comparación con la evaporación. Esto trae como consecuencia períodos secos que pueden durar todo el año o gran parte de él.
Frente a la escasez de agua su extracción de la atmósfera (Atmospheric Water Harvesting- AWH) ha sido propuesta como una alternativa en estas regiones. Para ello dos métodos son comúnmente citados, el primero es el enfriamiento directo y el segundo la utilización de “desecantes”.
El método de enfriamiento directo es el más desarrollado industrialmente y actualmente son publicitados comercialmente como alternativa a la escasez de agua por sus fabricantes. Emplean el principio sobre el cual se basan las refrigeradoras para bajar la temperatura del aire y así condensar el agua contenido en el aire.
Sin embargo, las condiciones existentes en las drylands hacen impracticable su empleo a lo largo del año o en una buena parte de él. Primero, la baja humedad relativa del aire exigiría procesar grandes volúmenes de aire para extraer una cantidad razonable de agua. Segundo, la temperatura del aire en zonas secas, en general, es alto y llevarla a su punto de condensación exige una gran cantidad energía por volumen de aire procesado. En el siguiente gráfico se muestra un mapa, elaborado por N Hanikel, MS Prévot y OM Yaghi (2), representando la cantidad de meses adecuados para extracción de agua atmosférica mediante enfriamiento directo. Se aprecia que justamente las zonas áridas son menos apropiadas para su empleo.
Por otro lado, la extracción de aire por medio de sorbentes es un proceso de dos pasos que utilizan materiales adsorbentes (o absorbentes) para capturar el vapor de agua del aire, seguido de calentamiento para liberar el vapor en un espacio cerrado (desorción) y concluyendo con su condensación en una superficie fría. A diferencia del enfriamiento directo, ésta tiene un potencial empleo en zonas áridas.
Para que este proceso sea eficiente el elemento crítico es el de disponer de un material sorbente capaz de ser empleado para extraer agua en una forma viable. Mucha investigación se está ejecutando en la búsqueda de un material que tenga las siguientes cualidades:
- Gran capacidad de absorción (o adsorción).
- Tiempo de absorción y de desorción muy cortos para permitir múltiples ciclos de extracción de agua a lo largo del día.
- Baja energía para la desorción que permitan el empleo de energías renovables.
- Que sea escalable.
- Económico.
En mayo de este año la revista Nature (3) publicó un artículo en el que se afirma que un equipo de investigadores de la universidad de Texas ha desarrollado un polímero súper higroscópico escalable (SHPF) para la recolección sostenible de humedad en ambientes áridos.
El SHPF tiene la capacidad de absorber 0.64 y 0.96 gramos de agua por cada gramo de material a una humedad relativa de 15 y 30% respectivamente. Esto está muy por encima del promedio de otros materiales absorbentes. Asimismo, es capaz de operar a 14–24 ciclos por día. Como consecuencia de ello los rendimientos son de 5.8 y 13.3 L por kilogramo de polímero al día a 15 y 30% de humedad relativa respectivamente.
Ese rendimiento podría considerarse pequeño en comparación con los 20 litros de agua que una persona necesita para casos de emergencia según la Organización Mundial de la Salud (4). Sin embargo, en este aspecto hay que considerar su escalabilidad. El SHPF es muy económico de fabricar y basta con aumentar la cantidad de él para lograr volúmenes considerables.
Se dispone de un prometedor material a la luz de pruebas de laboratorio. El siguiente paso lógico es el de desarrollar un prototipo funcional.
Afortunadamente los doctores Wentao Xu and Omar M. Yaghi (5), en el año 2020, desarrollaron un dispositivo funcional que permiten la extracción cíclica del agua empleando sorbentes. Si bien emplearon Metal−Organic Frameworks MOF como medio de sorción, según mi opinión, podría adaptarse al empleo del SHPF.
Fuentes:
(1) United Nations Environment Management Group. Global Drylands: A UN system-wide response (2011)
(2) N Hanikel, MS Prévot, OM Yaghi - Nature nanotechnology, 2020 - nature.com
(3) Guo, Y., Guan, W., Lei, C. et al. Scalable super hygroscopic polymer films for sustainable moisture harvesting in arid environments. Nat Commun 13, 2761 (2022).
(4) World Health Organization. Technical notes on drinking-water, sanitation and hygiene emergencies.
(5) Wentao Xu and Omar M. Yaghi. Metal–Organic Frameworks for Water Harvesting from Air, Anywhere, Anytime. ACS Central Science 2020 6 (8), 1348-1354
