image: Un sistema simple y compacto recoge primero la humedad del aire (a la izquierda) y luego libera el líquido atrapado (a la derecha) cuando se calienta, lo que da como resultado agua potable. view more
Credit: Xiangyu Li
El agua limpia y segura es un recurso limitado, y su disponibilidad depende de las masas de agua locales. Pero incluso en las regiones secas hay algo de vapor de agua en el aire. Para recolectar pequeñas cantidades de humedad, los investigadores de ACS Energy Letters han desarrollado un dispositivo compacto con aletas recubiertas de un material absorbente que primero atrapa la humedad y luego genera agua potable cuando se lo somete al calor. Dicen que el prototipo podría ayudar a satisfacer las crecientes demandas de agua, especialmente en lugares áridos.
La atmósfera de la Tierra contiene billones de litros de agua dulce en forma de vapor, pero es difícil obtener este gas incoloro, transparente y diluido. Los investigadores ya han desarrollado sistemas que atrapan el rocío o la niebla y acumulan el líquido extraído en recipientes. Pero en áreas secas donde no hay mucho rocío, materiales especiales como hidrogeles sensibles a la temperatura, marcos organometálicos o zeolitas (aluminosilicatos cristalinos) pueden ayudar a extraer pequeñas cantidades de humedad del aire y liberar el agua cuando se calientan. Sin embargo, para que estos absorbentes sean prácticos para el uso en el mundo real, deben incorporarse a dispositivos compactos y portátiles con una fuente de calor residual, como aplicaciones que funcionan a altas temperaturas o sistemas que emiten calor como subproducto. Por lo tanto, Xiangyu Li, Bachir El Fil y colaboradores desarrollaron un cosechador de humedad que podría cumplir con esos requisitos.
Los investigadores diseñaron “aletas” adsorbentes de agua mediante la colocación de una lámina de cobre entre espumas de cobre recubiertas de una zeolita disponible comercialmente. En comparación con estudios anteriores en los que la atención se centraba en el desarrollo de materiales, los autores afirman que la combinación del soporte de adsorción con las propiedades del material dio como resultado aletas adsorbentes finas y compactas que pueden recolectar agua rápidamente. Como prueba de concepto, crearon un dispositivo con 10 pequeñas aletas adsorbentes colocadas una a continuación de la otra en una placa base de cobre con una separación de unos 2 milímetros, una distancia que optimiza la captura de humedad de un aire similar al del desierto, que contiene un 10 % de humedad relativa. En una hora, las aletas se saturaron y luego liberaron la humedad atrapada cuando la base alcanzó los 363 grados Fahrenheit (184 grados Celsius). Si extrapolamos a 24 ciclos de recolección y liberación, el equipo calculó que 1 litro de recubrimiento absorbente en las aletas podría producir hasta 1,3 litros de agua potable por día en un aire con una humedad relativa del 30 %, un volumen entre dos y cinco veces mayor que el obtenido con los dispositivos desarrollados anteriormente.
Con este trabajo se identifica una oportunidad clave para una rápida captura de humedad y recolección de agua del aire seco, varias veces por día. Según los investigadores, con un mayor desarrollo, este sistema podría integrarse en las infraestructuras existentes que producen calor residual, como edificios o vehículos de transporte, con el fin de brindar una opción rentable para generar agua potable en regiones áridas.
Los autores agradecen la financiación de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa y la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia a través de un Postdoc. Subvención de movilidad.
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Journal
ACS Energy Letters
Article Title
Design of a Compact Multicyclic High-Performance Atmospheric Water Harvester for Arid Environments
Article Publication Date
26-Jun-2024