Markus Kalmutzki, Farhad Fathieh y Eugene Kapustin, investigadores responsables de la cosechadora de agua de aire del desierto
Markus Kalmutzki, Farhad Fathieh y Eugene Kapustin, investigadores responsables de la cosechadora de agua de aire del desierto - Stephen McNally/UC Berkeley

La caja «milagrosa» que saca agua del aire del desierto

Un material barato y de nueva generación es capaz de absorber el vapor de agua del aire nocturno de zonas áridas. Gracias a una sencilla caja, el agua se condensa y se puede recoger durante el día

MADRIDActualizado:

Desde hace varias décadas los químicos trabajan en un nuevo tipo de materiales: los MOFs (de «Metal-Organic Frameworks», algo así como «entramados metal-orgánicos»). Son andamios de moléculas en los que largas cadenas de átomos de carbono se unen por medio de codos de átomos metálicos, de una forma muy parecida a los juegos de construcción de imanes; estos tienen uniones cilíndricas y esferas a modo de intersecciones. La gran ventaja de este campo es que, gracias a los avances en el área de la química, los científicos pueden diseñar a voluntad estos entramados: son capaces de hacerlos grandes o pequeños, de incorporarles grandes poros para aumentar su capacidad de absorción o de acoplarles átomos capaces de acelerar reacciones químicas. De hecho, lo que puede tener la apariencia de un simple polvo puede servir para almacenar gas natural en el depósito de un coche o para absorber dióxido de carbono o sustancias tóxicas en la chimenea de una central térmica. No sorprende, por tanto, que haya cientos de científicos de todo el mundo trabajando en este campo y que se hayan diseñado ya más de 70.000 MOFs.

Juego de construcción de imanes. Su estructura recuerda a la de un MOF
Juego de construcción de imanes. Su estructura recuerda a la de un MOF- WIKIPEDIA

Una investigación publicada recientemente en «Science Advances» ha informado de un relevante avance en una de las aplicaciones más prometedoras de estos nuevos materiales: la de captar vapor de la atmósfera para producir agua potable, incluso en un lugar tan seco como un desierto. Un estudio, dirigido por Omar Yaghi, investigador en la Universidad de California en Berkeley (Estados Unidos) ha demostrado que un prototipo de cosechador de agua con esta tecnología funciona, después de hacer pruebas de campo en el desierto de Arizona. Lo mejor de todo es que el dispositivo es barato y puede aumentarse su tamaño con gran facilidad.

«Este prototipo funciona perfectamente. Y con esta investigación hemos aprendido mucho para producir agua de forma práctica. El siguiente paso es comercializar los prototipos» ha explicado a ABC Omar Yaghi, recientemente premiado con el Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en la categoría de Ciencias Básicas por su trabajo pionero, durante más de dos décadas, en los MOFs.

El MOF que absorbe el agua tiene aspecto de polvo gris. No deja rastros en el líquido y este puede beberse sin ningún tratamiento
El MOF que absorbe el agua tiene aspecto de polvo gris. No deja rastros en el líquido y este puede beberse sin ningún tratamiento - UC BERKELEY

De hecho, el equipo de Yaghi está trabajando ya en esta tecnología con la Ciudad del Rey Abdul Azis de la Ciencia y la Tecnología en Riad, Arabia Saudí en esta tecnología. «Este sistema es adecuado para cualquier desierto del mundo. Un tercio de la población vive en zonas con escasez de agua, así que ser capaz de obtenerla así es algo muy poderoso», ha dicho Yaghi. De hecho, los investigadores han desarrollado varias configuraciones para la cosechadora para adaptarse a las condiciones de Arizona o del Mediterráneo y para usar distintos tipos de MOF.

Las capacidades de este prototipo de cosechador de agua son prometedoras: «Por cada kilogramo de MOF podemos extraer 200 mililitros de de agua en un día (más o menos el volumen que cabe en un vaso de agua), tras un ciclo de captación y liberación completo (que tiene un día de duración)», ha detallado el investigador. «Es realmente alucinante».

Es más, si se le incorpora un ventilador, que podría ser alimentado en un desierto por paneles solares o baterías, se puede acelerar la captación de agua y completar 14 ciclos de captación cada día, lo que multiplicaría por este número el agua obtenida por kilogramo de MOF. «Tiene un gran potencial. Podemos conseguir miles de litros».

Uno de los motivos del éxito de estos MOFs es que su estructura puede abrirse para crear grandes poros. Gracias a esto, tienen una enorme capacidad de absorción. Al igual que ocurre con una esponja, cuantos más poros tengas más superficie interna y, por tanto, mayor capacidad de absorber y retener agua. Estos materiales tienen una capacidad espectacular. Un cubo de ciertos MOFs de apenas el tamaño de un terrón de azúcar tiene una superficie interna comparable a seis campos de fútbol.

Estructura química del MOF-303. Forma cavidades en las que se introducen las moléculas de agua. Las líneas negras y verdes son cadenas de carbono y las figuras azules las moléculas metálicas de unión
Estructura química del MOF-303. Forma cavidades en las que se introducen las moléculas de agua. Las líneas negras y verdes son cadenas de carbono y las figuras azules las moléculas metálicas de unión - Yaghi lab, UC Berkeley

El sistema tiene un funcionamiento relativamente sencillo. Consiste en una caja transparente que recoge el agua líquida y en cuyo interior hay un compartimento donde está almacenado el MOF, ese material poroso capaz de captar agua y que tiene el aspecto de un polvo gris. ¿Cómo lo hace?

«Por la noche hay mucho vapor de agua en la atmósfera (en el desierto de Arizona se alcanza una humedad del 40%)», explica uno de los investigadores en un vídeo de la Universidad de California en Berkeley. Gracias a la circulación del aire, «entonces, las moléculas de vapor se meten dentro del andamio y se quedan ahí».

Agua lista para beber, del aire

Al día siguiente, la caja se cierra. De esta forma, la luz solar del desierto calienta este polvo y promueve que el agua se libere. Cuando esto ocurre, se condensa en las paredes de la caja, de forma que puede ser recogida fácilmente. Lo mejor es que «el agua es totalmente limpia, no hay trazas de MOF», asegura otro investigador en el vídeo, antes de dar un tímido sorbo al líquido. Dado que el material diseñado es muy estable, no se degrada ni se disuelve en el agua.

Las pruebas han tenido lugar en Scottsdale, en Arizona, donde la humedad es del 40 por ciento durante la noche y de un 8 por el día, pero el dispositivo puede funcionar en cualquier desierto. Su gran ventaja es que se puede aumentar la cantidad de agua que capta sencillamente aumentando el tamaño de la caja y la cantidad de MOF presente.

MOF-801, el responsable del «milagro»

Este material «milagroso» es el MOF-801, una matriz de moléculas en la que el metal colocado entre las cadenas de carbono es el zirconio. Pero Yaghi ha explicado que en vez de este se puede usar el MOF-303, con átomos de aluminio, que es 150 veces más barato. «Para hacerse una idea de lo barato que es, puedes pensar en las latas de refresco: están hechas de aluminio. El coste no es un problema», ha dicho Omar Yaghi. Además, este material debería tener una capacidad de extraer 400 mililitros de agua por ciclo y por kilogramo de MOF.

El siguiente paso se producirá a finales de este mismo verano. Los científicos probarán la cosechadora de agua con el MOF-303, basado en el barato aluminio, y en un momento en que se esperan temperaturas de 43 º C durante el día y de 21 ºC durante la noche.