¿Tienes sed? Quizás sea posible extraer agua limpia directamente del aire que nos rodea. Incluso las áreas extremadamente secas contienen pequeñas cantidades de humedad, y ciertos materiales pueden absorber esa humedad y liberarla como agua potable utilizable. En los últimos años, los investigadores han desarrollado materiales similares a esponjas que hacen posible esa “recolección de agua atmosférica”.
Drenar el agua atrapada normalmente implica calor y una larga espera. La mayoría de los sistemas actuales dependen de la luz solar para calentar estos materiales hasta que la humedad atrapada se evapora y se condensa en líquido. Este lento paso puede extenderse durante muchas horas o incluso días.
Los ingenieros del MIT han identificado ahora un método más rápido para recuperar esta agua. En lugar de depender del calor solar, el equipo utilizó vibraciones ultrasónicas que aflojaron la humedad.
La vibración ultrasónica ofrece una alternativa más rápida
Los investigadores han desarrollado un dispositivo ultrasónico de alta frecuencia que vibra rápidamente. Cuando un material absorbente de agua, o “sorbente”, se coloca encima del dispositivo, envía ondas de ultrasonido sintonizadas para romper los enlaces que mantienen unidas las moléculas de agua. Sus pruebas demostraron que este método libera agua en minutos, mientras que los sistemas impulsados por calor normalmente requieren minutos u horas.
Como no utiliza calor, el dispositivo requiere una fuente de energía. El equipo sugiere que una pequeña célula solar podría proporcionar electricidad y actuar como sensor para detectar cuándo el material está saturado. El sistema se puede configurar para que se active automáticamente cuando se acumule suficiente agua. Dicha automatización permitiría que la instalación recolecte y libere agua repetidamente a lo largo del día.
Un paso hacia sistemas prácticos aire-agua
“La gente está buscando formas de recolectar agua de la atmósfera, que puede ser una gran fuente de agua, especialmente para regiones desérticas y lugares que ni siquiera tienen agua salada para desalinizar”, dijo Svetlana Boriskina, científica investigadora principal en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT. “Ahora tenemos una manera de recuperar agua de forma rápida y eficiente”.
Boriskina y sus coautores describieron el dispositivo en un estudio publicado el 18 de noviembre. comunicación de la naturaleza. El artículo fue dirigido por el primer autor Iqra Iftekhar Shuvo, un estudiante graduado del MIT en Artes y Ciencias de los Medios, junto con Carlos Díaz-Marin, Marvin Christen, Michael Larbet y Christopher Lim.
Mejora de la captación de agua atmosférica
El grupo de investigación de Boriskina desarrolla materiales que interactúan con las condiciones ambientales de forma innovadora. Recientemente, exploraron la recolección de agua atmosférica (AWH) y cómo se pueden fabricar materiales para extraer eficientemente la humedad del aire. El objetivo a largo plazo es proporcionar una fuente confiable de agua potable para las comunidades que carecen de suministro de agua dulce y salada.
Como muchos otros grupos, inicialmente asumieron que los sistemas AWH instalados al aire libre absorberían la humedad durante la noche y luego dependerían de la luz solar durante el día para liberarla a través de la evaporación y la condensación.
“Cualquier material que sea muy bueno para capturar agua no quiere desprenderse de esa agua”, explica Boriskina. “Por eso hay que dedicar mucha energía y horas preciosas para sacar el agua del material”.
Una nueva dirección estimulada por la investigación del ultrasonido
La idea de un enfoque rápido nació después de que Iqra se uniera al Grupo Shuvo. Shubo estaba trabajando en ultrasonido para dispositivos médicos portátiles y, durante las conversaciones con Boriskina, se dieron cuenta de que las vibraciones ultrasónicas podrían acelerar drásticamente el paso de liberación de agua en la recolección de agua atmosférica.
“Hicimos clic: tenemos un gran problema que estamos tratando de resolver, y ahora parece que Ikra tiene una herramienta que puede usarse para resolverlo”, recuerda Boriskina.
Cómo agitar el agua del ultrasonido gratis
El ultrasonido se refiere a ondas de presión acústica que superan los 20 kHz (20.000 ciclos por segundo). Estas ondas de alta frecuencia son invisibles e inaudibles para los humanos. El equipo descubrió que, con la frecuencia adecuada, los ultrasonidos pueden liberar moléculas de agua del material que contienen.
“Con los ultrasonidos podemos romper con precisión los enlaces débiles entre las moléculas de agua y su lugar”, afirma Shuvo. “Es como si el agua bailara con las olas, y esta perturbación específica crea movimientos que liberan las moléculas de agua, y podemos verlas vibrar en la gota”.
Diseño de un actuador de alta frecuencia.
Shubo y Boriskina desarrollaron un actuador ultrasónico específicamente para la captación de agua atmosférica. En su centro hay un anillo cerámico plano que vibra cuando se aplica voltaje. A su alrededor hay otro anillo con boquillas más pequeñas. A medida que las gotas se relajan, caen a través de la boquilla hacia un recipiente colector colocado encima y debajo del anillo vibratorio.
El equipo probó el dispositivo utilizando materiales AWH desarrollados previamente. Colocaron pequeños trozos de sorbente del tamaño de una moneda de un cuarto en una cámara de humedad a varios niveles de humedad hasta que cada muestra estuvo completamente saturada. Luego, cada muestra se colocó sobre el actuador y se hizo vibrar a una frecuencia ultrasónica. En cada prueba, el actuador liberó suficiente humedad para secar el material en cuestión de minutos.
Adquisición de habilidades y posibilidades prácticas.
Los investigadores estiman que el método ultrasónico es 45 veces más eficiente que depender del calor solar para extraer agua del mismo material.
“La belleza de este dispositivo es que es completamente complementario y puede complementarse con casi cualquier material absorbente”, dijo Boriskina. Él imagina un sistema doméstico que utiliza un material de rápida absorción conectado a un actuador ultrasónico, cada uno de ellos aproximadamente del tamaño de una ventana. Cuando el material se satura, el actuador se activará brevemente utilizando la energía de una célula solar, sacudirá el agua y luego se reiniciará para otro ciclo.
“Se trata de cuánta agua se puede extraer cada día”, dice. “Con el ultrasonido, podemos recuperar rápidamente el agua y hacer un ciclo una y otra vez. Puede agregar mucho al día”.
Este trabajo fue financiado en parte por el Laboratorio de Sistemas de Agua y Alimentos Abdul Latif Jameel del MIT y el Fondo STEM MIT-Israel Zuckerman.
