El hombre que fabrica agua potable del cielo

El pionero en el desarrollo de estos materiales altamente porosos sin precedentes en la química es el químico jordano-estadounidense Omar Yaghi, quien acaba de ser galardonado con el Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en la categoría de Ciencias Básicas. Yaghi (Amán, Jordania, 1965), catedrático de Química en la Universidad de California en Berkeley, recibe el galardón por las potenciales aplicaciones que estos materiales tienen para afrontar algunas de los desafíos más importantes del mundo actual, como la escasez de agua, el almacenamiento del principal gas de efecto invernadero (el CO2) y el desarrollo de nuevos combustibles limpios a partir del hidrógeno.

Lo cierto es que algunas de estas utilidades están a punto de convertirse en realidad, como explicó el propio Yaghi en una rueda de prensa telefónica después de conocer el fallo del jurado: «No tengo ninguna duda de que en los próximos 3 a 5 años existirá un aparato capaz de obtener agua pura de la atmósfera». De momento, cuentan con un prototipo capaz de producir 2,8 litros de agua por cada kilo de esa estructura porosa empleado, «aunque esto debe ahora escalarse y probarse en el desierto», matiza el galardonado a ABC.

En términos no técnicos, estos materiales -los MOF (metal organic frameworks, que combinan materiales inorgánicos y orgánicos) y los COF (covalent organic frameworks, compuestos solo por materiales orgánicos)- son como esponjas cristalinas a escala molecular.

El dispositivo salido del laboratorio de Yaghi funciona de la siguiente manera: por la noche se abre, permitiendo que el aire entre en esa estructura porosa que atrapa y almacena las moléculas de agua. Durante el día, la radiación solar calienta esa estructura metalorgánica, en cuyos poros ha quedado atrapada esa agua, provocando su liberación.

La idea, según el trabajo sobre esta aplicación que Omar Yaghi acaba de publicar en la revista «Science», es crear versiones más grandes del sistema, que puedan producir hasta 30 litros de agua al día , lo que podría suministrar agua potable diariamente a una familia de cuatro personas en lugares desérticos donde escasea o incluso en climas más húmedos, pero donde el recurso puede estar contaminado: «Nuestro sistema funciona a niveles de humedad de entre el 5 y el 70 por ciento. Por lo tanto, podemos cosechar el agua del aire en buena parte del planeta, aunque nuestra intención es aliviar el estrés hídrico en las regiones áridas del mundo», asegura a este diario.

Este sistema, según nos cuenta Felipe Gándara, investigador Ramón y Cajal en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC), quien entre 2009 y 2014 trabajó como investigador postdoctoral en el laboratorio de Yaghi, también podría aplicarse en nuestro país, por ejemplo, en zonas del sureste peninsular tan castigadas por la escasez de precipitaciones. «Podemos diseñar el material que tenga las propiedades de absorción que se ajusten al clima de Almería, por ejemplo, de forma que tenga una mayor capacidad de absorción. Solo conociendo la temperatura media de Almería por la noche podemos hacer materiales que tengan una capacidad de absorción de agua optimizada para esa temperatura y también una capacidad para liberarla que se ajuste a la temperatura más habitual durante el día», explica Gándara.

Y es que la verdadera revolución que supone esta nueva química, bautizada por el propio Yaghi como «química reticular», es que estos nuevos materiales se crean ensamblando piezas cuya estructura es cuidadosamente controlada de antemano. «Hasta mediados de los años 90, en general, el interés en la química estaba en sintetizar nuevas moléculas o nuevos compuestos , pero aquí lo que hacemos es materiales que tienen características estructurales que podemos diseñar para las aplicaciones que buscamos a partir de la selección de sus componentes moleculares», cuenta el investigador del CSIC.

Es esta capacidad de controlar el producto final lo que cautiva a Omar Yaghi: «Tener el control sobre el material que estás produciendo, e incluso poder modificarlo una vez que lo has construido, es una herramienta muy poderosa », afirma. Hoy en día Yaghi está convencido de que «el diseño de nuevos materiales es de lo más importante que podemos hacer para resolver nuestros problemas, por ejemplo, el desarrollo de fuentes limpias de energía» que nos permitan dejar de emitir gases de efecto invernadero.

En este sentido, además de la captura de moléculas de agua de la atmósfera, otra de las aplicaciones potenciales de estos materiales es el almacenamiento de hidrógeno en recipientes mucho menos voluminosos que ahora . Al alojar las moléculas de hidrógeno en los poros del material se mete más gas en menos volumen -por paradójico que parezca, cabe mucho más hidrógeno en un tanque lleno de MOFs que en uno vacío-. Según Yaghi, la técnica está aún en fase preliminar de investigación, pero es de interés para desarrollar un futuro combustible limpio para vehículos basado en el hidrógeno.

Además, está la captura de dióxido de carbono. La dificultad aquí estriba en separar el CO2 de otros gases, incluyendo el agua. Los procesos de captura de CO2 que se usan actualmente emplean compuestos tóxicos, y, según explica el propio Yaghi, pueden consumir entre el 30-40% de la energía que produce la central, ya que requieren calentar agua a altas temperaturas . No obstante, el investigador cree que estos nuevos materiales, que se sintetizan de forma sencilla y ambientalmente limpia, aún no están listos para su uso industrial en este ámbito, aunque opina que su implementación a gran escala es factible.

Lo cierto es que ya hay cientos de laboratorios en todo el mundo trabajando en aplicaciones con estos materiales porosos, de los que hay más de 60.000 clases diferentes desarrollados . Parece cuestión de tiempo, y de inversión, que puedan dar el salto del laboratorio a la realidad.