Cosechadora de agua construida en el MIT con MOF de UC Berkeley. Usando solo la luz del sol, la cosechadora puede extraer litros de agua del aire con poca humedad durante un período de 12 horas. Crédito:MIT / laboratorio de Evelyn Wang.
Imagine un futuro en el que cada hogar tenga un electrodoméstico que extraiga del aire toda el agua que necesita el hogar, incluso en climas secos o desérticos, usando solo el poder del sol.
Ese futuro puede estar a la vuelta de la esquina con la demostración esta semana de un recolector de agua que usa solo la luz solar ambiental para extraer litros de agua del aire todos los días en condiciones tan bajas como el 20 por ciento de humedad, un nivel común en zonas áridas.
La cosechadora de energía solar, reportado en la revista Ciencias , fue construido en el Instituto de Tecnología de Massachusetts utilizando un material especial:un marco orgánico de metal, o MOF - producido en la Universidad de California, Berkeley.
"Este es un gran avance en el antiguo desafío de recolectar agua del aire con baja humedad, "dijo Omar Yaghi, uno de los dos autores principales del artículo, quien ocupa la cátedra James y Neeltje Tretter en química en UC Berkeley y es científico de la facultad en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. "No hay otra forma de hacerlo ahora mismo, excepto mediante el uso de energía extra. Su deshumidificador eléctrico en casa 'produce' agua muy cara ".
El Prototipo, en condiciones de 20-30 por ciento de humedad, fue capaz de extraer 2,8 litros (3 cuartos de galón) de agua del aire durante un período de 12 horas, utilizando un kilogramo (2,2 libras) de MOF. Las pruebas en la azotea del MIT confirmaron que el dispositivo funciona en condiciones reales.
"Una visión para el futuro es tener agua fuera de la red, donde tiene un dispositivo en casa que funciona con energía solar ambiental para suministrar agua que satisface las necesidades de un hogar, "dijo Yaghi, quien es el director fundador del Berkeley Global Science Institute, codirector del Instituto Kavli Energy NanoSciences y de la Alianza de Investigación de California de BASF. "A mi, que será posible gracias a este experimento. Yo lo llamo agua personalizada ".
Yaghi inventó las estructuras organometálicas hace más de 20 años, combinar metales como magnesio o aluminio con moléculas orgánicas en un arreglo de juguete para crear rígidos, estructuras porosas ideales para almacenar gases y líquidos. Desde entonces, más de 20, Investigadores de todo el mundo han creado 000 MOF diferentes. Algunos contienen productos químicos como hidrógeno o metano:la empresa química BASF está probando uno de los MOF de Yaghi en camiones alimentados con gas natural, ya que los tanques llenos de MOF contienen tres veces más metano que se puede bombear bajo presión a un tanque vacío.
Otros MOF pueden capturar dióxido de carbono de los gases de combustión, catalizar la reacción de productos químicos adsorbidos o productos petroquímicos separados en plantas de procesamiento.
En 2014, Yaghi y su equipo de UC Berkeley sintetizaron un MOF, una combinación de circonio metálico y ácido adípico, que une el vapor de agua, y le sugirió a Evelyn Wang, un ingeniero mecánico en el MIT, que unan sus fuerzas para convertir el MOF en un sistema de recolección de agua.
Esquema de una estructura organometálica. Las líneas de los modelos son enlazadores orgánicos, y las intersecciones son unidades multimetálicas. Estos son bloques de construcción que Omar Yaghi une en esponjas cristalinas usando una nueva química reticular. Las bolas amarillas representan los espacios porosos que pueden llenarse de agua. La imagen de fondo muestra los muchos cristales de MOF que se combinan en el recolector de agua. Crédito:UC Berkeley y Berkeley Lab
El sistema que Wang y sus estudiantes diseñaron consistía en más de dos libras de cristales MOF del tamaño de un polvo comprimidos entre un absorbedor solar y una placa condensadora. colocado dentro de una cámara abierta al aire. A medida que el aire ambiente se difunde a través del MOF poroso, las moléculas de agua se adhieren preferentemente a las superficies interiores. Los estudios de difracción de rayos X han demostrado que las moléculas de vapor de agua a menudo se juntan en grupos de ocho para formar cubos.
La luz solar que entra a través de una ventana calienta el MOF e impulsa el agua unida hacia el condensador, que está a la temperatura del aire exterior. El vapor se condensa como agua líquida y gotea en un colector.
“Este trabajo ofrece una nueva forma de recolectar agua del aire que no requiere condiciones de alta humedad relativa y es mucho más eficiente energéticamente que otras tecnologías existentes, "Dijo Wang.
Esta cosechadora de prueba de concepto deja mucho margen de mejora, Dijo Yaghi. El MOF actual puede absorber solo el 20 por ciento de su peso en agua, pero otros materiales MOF posiblemente podrían absorber el 40 por ciento o más. El material también se puede modificar para que sea más eficaz a niveles de humedad más altos o más bajos.
"No es solo que hicimos un dispositivo pasivo que se sienta allí recolectando agua; ahora hemos sentado las bases experimentales y teóricas para que podamos filtrar otros MOF, miles de los cuales podrían hacerse, para encontrar materiales aún mejores, ", dijo." Hay mucho potencial para aumentar la cantidad de agua que se está recolectando. Es sólo una cuestión de ingeniería adicional ahora ".
Yaghi y su equipo están trabajando para mejorar sus MOF, mientras Wang continúa mejorando el sistema de recolección para producir más agua.
"Tener agua corriendo todo el tiempo, se podría diseñar un sistema que absorba la humedad durante la noche y la evolucione durante el día, ", dijo." O diseñar el colector solar para permitir esto a un ritmo mucho más rápido, donde entra más aire. Queríamos demostrar que si estás aislado en algún lugar del desierto, podrías sobrevivir gracias a este dispositivo. Una persona necesita alrededor de una lata de agua de Coca-Cola por día. Eso es algo que se podría obtener en menos de una hora con este sistema ".
