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Hoy, 2.200 millones de personas en el mundo carecen de acceso a agua potable segura. En los Estados Unidos, más de 46 millones de personas experimentan inseguridad del agua, viviendo sin agua corriente ni agua que no sea segura de beber. La creciente necesidad de agua potable es estirar los recursos tradicionales como ríos, lagos y embalses.
Para mejorar el acceso a agua potable segura y asequible, los ingenieros del MIT están aprovechando una fuente no convencional: el aire. La atmósfera de la Tierra contiene millones de miles de millones de galones de agua en forma de vapor. Si este vapor puede ser capturado y condensado de manera eficiente, podría suministrar agua potable limpia en lugares donde los recursos hídricos tradicionales son inaccesibles.
Con ese objetivo en mente, el equipo del MIT ha desarrollado y probado una nueva cosechadora de agua atmosférica y demostró que captura de manera eficiente el vapor de agua y produce agua potable segura en una gama de humididades relativas, incluido el aire desértico seco.
El nuevo dispositivo es un panel vertical negro del tamaño de una ventana, hecho de un material de hidrogel absorbente de agua, encerrado en una cámara de vidrio cubierta con una capa de enfriamiento.
El hidrogel se asemeja a la envoltura de burbujas negras, con pequeñas estructuras en forma de cúpula que se hinchan cuando el hidrogel absorbe el vapor de agua. Cuando el vapor capturado se evapora, las cúpulas se encogen en una transformación similar a origami. El vapor evaporado luego se condensa en el vidrio, donde puede fluir hacia abajo y hacia afuera a través de un tubo, como agua limpia y potable.
El sistema funciona completamente por sí solo, sin una fuente de energía, a diferencia de otros diseños que requieren baterías, paneles solares o electricidad de la red. El equipo dirigió el dispositivo durante más de una semana en Death Valley, California, la región más seca de América del Norte. Incluso en condiciones de muy baja humedad, el dispositivo exprimió el agua potable del aire a tasas de hasta 160 mililitros (aproximadamente dos tercios de una taza) por día.
El equipo estima que múltiples paneles verticales, establecidos en una pequeña matriz, podrían suministrar pasivamente a un hogar con agua potable, incluso en ambientes desérticos áridos. Además, la producción de agua del sistema debería aumentar con la humedad, suministrando agua potable en climas templados y tropicales.
“Hemos construido un dispositivo a escala de medidores que esperamos desplegar en regiones limitadas por recursos, donde incluso una célula solar no es muy accesible”, dice Xuanhe Zhao, profesor de ingeniería mecánica e Ingeniería Civil y Ambiental de Helen Whitaker en el MIT.
“Es una prueba de viabilidad para ampliar esta tecnología de recolección de agua. Ahora las personas pueden construirla aún más grande, o convertirlo en paneles paralelos, suministrar agua potable a las personas y lograr un impacto real”.
Zhao y sus colegas presentan los detalles del nuevo diseño de cosecha de agua en un artículo que aparece en la revista Nature Water. El autor principal del estudio es el ex postdoc de MIT “Will” Chang Liu, quien actualmente es profesor asistente en la Universidad Nacional de Singapur (NUS). Los coautores del MIT incluyen Xiao-Yun Yan, Shucong Li y Bolei Deng, junto con colaboradores de otras instituciones.
Capacidad de llevar
Los hidrogeles son materiales blandos y porosos que se fabrican principalmente del agua y una red microscópica de fibras de polímero interconectadoras. El grupo de Zhao en MIT ha explorado principalmente el uso de hidrogeles en aplicaciones biomédicas, incluidos recubrimientos adhesivos para implantes médicos, electrodos suaves y flexibles y calcomanías de imágenes no invasivas.
“A través de nuestro trabajo con materiales blandos, una propiedad que sabemos muy bien es la forma en que Hydrogel es muy bueno para absorber agua del aire”, dice Zhao.
Los investigadores están explorando varias formas de cosechar vapor de agua para beber agua. Entre los más eficientes hasta ahora se encuentran dispositivos hechos de marcos orgánicos de metal, o MOF, materiales ultra-porosos que también se ha demostrado que capturan agua del aire seco del desierto. Pero los MOF no se hinchan ni se estiran cuando absorben agua, y están limitadas en la capacidad de transporte de vapor.
Agua del aire
La nueva cosechadora de agua a base de hidrogel del grupo aborda otro problema clave en diseños similares. Otros grupos han diseñado recolectores de agua con micro o nanocorosos hidrogeles. Pero el agua producida a partir de estos diseños puede ser salado, lo que requiere filtrado adicional.
La sal es un material naturalmente absorbente, y los investigadores incrustan las sales, típicamente, cloruro de litio, en hidrogel para aumentar la absorción de agua del material. Sin embargo, el inconveniente es que esta sal puede filtrarse con el agua cuando finalmente se recoge.
El nuevo diseño del equipo limita significativamente la fuga de sal. Dentro del hidrogel en sí, incluyeron un ingrediente adicional: glicerol, un compuesto líquido que estabiliza naturalmente la sal, manteniéndola dentro del gel en lugar de dejar que cristalizar y filtrarse con el agua.
El hidrogel en sí tiene una microestructura que carece de poros a nanoescala, lo que evita que la sal escape del material. Los niveles de sal en el agua que recolectaron estaban por debajo del umbral estándar para el agua potable segura, y significativamente por debajo de los niveles producidos por muchos otros diseños basados en hidrogel.
Además de ajustar la composición del hidrogel, los investigadores hicieron mejoras en su forma. En lugar de mantener el gel como una lámina plana, lo moldearon en un patrón de pequeñas cúpulas que se asemejan a la envoltura de burbujas que actúan para aumentar la superficie del gel, junto con la cantidad de vapor de agua que puede absorber.
Los investigadores fabricaron un metro medio cuadrado de hidrogel y encerraron el material en una cámara de vidrio con forma de ventana. Recubaron el exterior de la cámara con una película de polímero especial, lo que ayuda a enfriar el vidrio y estimula cualquier vapor de agua en el hidrogel para evaporarse y condensarse sobre el vidrio. Instalaron un sistema de tubería simple para recolectar el agua mientras fluye por el vidrio.
En noviembre de 2023, el equipo viajó a Death Valley, California, y estableció el dispositivo como panel vertical. Durante siete días, tomaron mediciones cuando el hidrogel absorbió el vapor de agua durante la noche (la hora del día en que el vapor de agua en el desierto es más alto). Durante el día, con la ayuda del sol, el agua cosechada se evaporó del hidrogel y se condensó en el vidrio.
Durante este período, el dispositivo trabajó en una gama de humididades, del 21% al 88%, y produjo entre 57 y 161.5 mililitros de agua potable por día. Incluso en las condiciones más secas, el dispositivo cosechó más agua que otros diseños pasivos y con alimentación activa.
“Este es solo un diseño de prueba de concepto, y hay muchas cosas que podemos optimizar”, dice Liu. “Por ejemplo, podríamos tener un diseño multipanel. Y estamos trabajando en una próxima generación del material para mejorar aún más sus propiedades intrínsecas”.
“Imaginamos que algún día podría implementar una serie de estos paneles, y la huella es muy pequeña porque todos son verticales”, dice Zhao, quien tiene planes de probar aún más los paneles en muchas regiones de recursos limitados. “Entonces podrían tener muchos paneles juntos, recolectando agua todo el tiempo, a escala doméstica”.
Más información: un panel de hidrogel de origami vertical a escala de medidor para la recolección de agua atmosférica en el valle de la muerte, Nature Water (2025).
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/NewsOffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, la innovación y la enseñanza.
Cita: el dispositivo del tamaño de una ventana aprovecha el aire para agua potable segura (2025, 11 de junio) Consultado el 11 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-window-sized-device-ir-safe.html
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