Nueva instalación solar capaz de extraer agua incluso del aire seco del desierto

Planta piloto de la azotea del MIT. Los cristales de MOF se encuentran debajo de una cubierta transparente, cuya transparencia permite que el sol los caliente y libere el agua acumulada. Un condensador amarillo y rojo, cubierto con gotas de agua, se encuentra en la parte inferior de la unidad.

No podrá extraer agua de la piedra, pero ahora puede hacerlo desde el cielo del desierto, gracias a un nuevo dispositivo que utiliza la luz solar para extraer el vapor de agua del aire incluso con una humedad extremadamente baja. El dispositivo puede producir alrededor de 3 litros de agua por día por cada kilogramo del absorbente en forma de esponja que contiene, y los investigadores dicen que las versiones futuras serán aún mejores. Esto significa que las casas en las partes más secas del mundo pronto tendrán un electrodoméstico que puede producir toda el agua que necesitan, beneficiando a miles de millones de personas.

13 trillones de litros de agua disueltos en la atmósfera, lo que equivale al 10% de toda el agua dulce en los lagos y ríos de nuestro planeta. Se han desarrollado varios métodos para capturar la humedad atmosférica, por ejemplo, de la niebla, y también se utilizan todo tipo de deshumidificadores intensivos en energía (condensadores). Pero ambos enfoques requieren aire muy húmedo o demasiada electricidad.


Cristales porosos de MOF sobre un sustrato

Para encontrar una solución única, los investigadores dirigidos por Omar Yaghi, químico de la Universidad de California en Berkeley, recurrieron a una familia de polvos cristalinos llamados marcos orgánicos metálicos o MOF. Yahi recibió los primeros cristales porosos de MOF que forman redes tridimensionales continuas, hace más de 20 años. Las redes forman estructuras al estilo de ensamblajes para niños, constructores de átomos metálicos que actúan como centros y compuestos orgánicos en forma de barra que conectan los centros entre sí. Al elegir diferentes metales y compuestos orgánicos, los químicos pueden cambiar las propiedades de cada MOF controlando los gases que se unen a él, así como la resistencia del cristal mismo.


Omar Yahi, en el contexto de modelos de estructuras cristalinas porosas organometálicas capaces de recoger agua del aire atmosférico. El descubrimiento de Yahya tiene sus raíces a mediados de los noventa del siglo pasado.

Durante las últimas 2 décadas, los químicos han sintetizado más de 20,000 MOF, cada uno de los cuales tiene propiedades de captura molecular únicas. Por ejemplo, Yahi y otros investigadores han desarrollado recientemente MOF, que absorben y luego liberan metano, siendo una especie de depósitos de gas que pueden usarse en vehículos que funcionan con gas natural.

En 2014, Yahi y sus colegas sintetizaron MOF, que encontró una excelente absorción de agua incluso con poca humedad. Esto lo llevó a contactar al ingeniero mecánico en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Evelyn Wang, con quien había trabajado previamente en un proyecto para usar MOF en aire acondicionado automotriz. Después de sintetizar el nuevo MOF basado en circonio, llamado MOF-801, Yahi se reunió con Wang en el MIT con la propuesta: "Evelyn, necesitamos desarrollar un nuevo dispositivo para recolectar agua". Y ella dio su consentimiento invariable.


Imagen conceptual MOF. Los puntos rojos y negros en el modelo son estructuras metálicas orgánicas unidas por ligamentos negros, los bloques de construcción conectados por Omar Yahi a esponjas porosas cristalinas mediante una formación química reticular. Las bolas amarillas representan poros que pueden contener moléculas de agua.

El sistema, creado por Wang y sus alumnos, contiene un kilogramo, del tamaño de una mota de polvo, de cristales MOF colocados en una placa de cobre delgada y porosa. Esta placa se coloca entre el absorbedor solar y el condensador de humedad y se encuentra dentro de la cámara. Por la noche, la cámara se abre, permitiendo que el aire ambiental penetre en los poros del MOF, a su vez, las moléculas de agua se adhieren a las estructuras internas del cristal. El agua, por lo tanto, es recogida por grupos moleculares peculiares de ocho cada uno, formando gotas cúbicas. Por la mañana, la cámara se cierra, la luz solar que penetra a través de la ventana superior del dispositivo calienta la placa MOF, que libera gotas de agua hacia el refrigerador-condensador por simple evaporación.



La diferencia de temperatura, así como la alta humedad dentro de la cámara, conduce a la condensación de vapor en el agua, que ingresa al colector. La instalación funciona tan bien que extrae 2.8 litros de agua del aire por día por cada kilogramo de MOF utilizado, dijeron hoy el equipo de Berkeley y el MIT a Science.

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