Extrayendo agua del aire💧🌬: Membranas nanofibrosas inteligentes asistidas por luz solar☀️

Por: I.Q.I Itzel López

Con la búsqueda continua de diferentes fuentes renovables de agua potable sustentables para asistir algunas actividades en nuestra vida cotidiana, se han puesto los reflectores en el agua presente en la atmósfera. Por ejemplo, se tiene tecnología ya aprobada, capaz de recolectar el agua de niebla o de rocío; dichas prácticas incluso han incentivado la investigación de las micro/nano estructuras y la humectabilidad de la superficie de materiales para acelerar la captación de agua. Pero dichas tecnologías presentan algunas desventajas en las limitaciones geográficas y climáticas puesto que demandan una humedad relativa alta y se necesita un gradiente de temperatura amplio, lo cual dificulta su aplicación a gran escala en cualquier ambiente.

Por ello a lo largo de dichas investigaciones surgen nuevas opciones como la que hablaremos esta vez: las membranas nanofibrosas inteligentes asistidas por energía solar para la captación del agua presente en el ambiente.

¿Qué son?

Según el análisis presentado en el Chemical Engineering Journal, se trata de una membrana que consiste en un hidrogel capaz de absorber el agua presente en la atmosfera y convertir el vapor de agua presente en el aire, en agua potable. El hidrogel se compone de sales como: LiCl, CaCl2 y MgCl2; sales que se encuentran en estado líquido en la membrana.

Características

El dispositivo consiste de:

- Una red polimérica hidrofílica con poros cargados de una sal higroscópica que funciona como sobente. Lo cual significa una captación de agua eficiente y una licuefacción de agua in situ.

- Nanofibras (GO – SSNF) con una capa nanoporosa de grafeno que recubre para promover la permeabilidad del agua y una eficiente conversión térmica solar.

Funcionamiento

Cuando la nanofibra (GO – SSNF) entra en contacto con el aire, las moléculas de agua presentes penetran en la red interconectada y son licuadas por la membrana dotada de la sal higroscópica (hidrogel), actuando como un depósito de agua. En el momento de liberación del agua, la capa de grafeno en la GO – SSNF absorbe la luz solar y la transforma en calor aumentando la temperatura de la superficie del GO – SSNF. Cuando se supera la temperatura crítica inferior de la solución, el agua almacenada es expulsada en forma de líquido debido al cambio dinámico de la red que responde a la temperatura.

El gradiente de temperatura entre el sorbente y el entorno es la fuerza motriz para la condensación o vaporización del agua, asociado al calor latente. Esto evidentemente se traduce en un alto consumo de energía durante la desorción del agua absorbida. Pero el GO – SSNF convierte moléculas del estado gaseoso al estado líquido mediante un ligero aumento de temperatura, sobre la temperatura crítica inferior de la solución que no requiere un calor latente de condensación.

Ventajas

- Estabilidad operativa a largo plazo debido a que después de 30 ciclos no hubo una degradación significativa.

- El ángulo indicado para la irradiación solar mejora la transferencia de masa

- La eficiencia en la humectabilidad de la superficie de materiales en el dispositivo es del 96% en condiciones naturales.

- Capacidad de sorción a baja humedad y con una temperatura baja para la regenaración de los sorbentes.

Desventajas

- Posibles fugas de grafeno y LiCl en el agua obtenida. Al analizar las muestras de agua obtenidas, se tuvo un valor de 0.52 ppm de COT. Se deduce que sea resultado de la posible adsorción de carbono orgánico en el aire. Aun así, afirman que se sigue cumpliendo con los parámetros establecidos por la OMS. En cuanto a la resistencia del agua, se tuvieron resultados similares que al analizar agua desionizada, lo cual nos indica una baja concentración de Li.

Conclusiones

Al final se muestra claramente que se trata de un dispositivo que nos da una opción factible y confiable para la captación de agua, trabajando de manera optima incluso en ambientes con humedades relativas bajas, lo cual presenta una propuesta muy atractiva en lugares con climas secos en los que una técnica más versátil de obtener agua no esta de más.

Además de todo, tiene un consumo bajo de energía y dicha energía proviene de un recurso renovable que tenemos de sobra.

Y lo más atractivo de todo es que dispositivo puede ser utilizado de forma autónoma o en un sistema integral fotovoltaico, demostrando su alta versatilidad y adaptabilidad, posicionando esta alternativa como una de las más interesantes y que se espera, en un futuro pueda ser utilizada a gran escala.

Referencias bibliográficas

· Kim S., Liang Y., Kang S., Choi H. (2021). Solar – assited nanofibrous membranes for atmospheric water haversting. Chemosphere. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131601