Sostenibilidad
Hacer que la Captación de Agua Atmosférica sea Más Eficiente es Clave en Regiones Áridas
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Agua Limpia del Aire
En muchas regiones del mundo, el agua dulce es un recurso escaso. Una opción para obtenerla podría ser la desalinización, pero hasta ahora es un enfoque muy intensivo en energía, incluso si algunos avances en la tecnología solar la han acercado a la realidad recientemente. La desalinización de agua de mar tampoco es una opción para muchas regiones áridas interiores, como por ejemplo Asia Central, Mongolia, las montañas chilenas o la mayor parte del desierto del Sahara.
Otra opción es capturar el agua presente en el aire. Muchos desiertos en realidad tienen una humedad atmosférica bastante alta, pero por razones climáticas no forman lluvia ni nubes. Esta es la promesa de la captación de agua atmosférica. Anteriormente cubrimos cómo el enfriamiento pasivo combinado con un recubrimiento de silicio podría aumentar la eficiencia de la captación de agua basada en la gravedad.
Los investigadores ahora buscan mejorar aún más el método, particularmente mediante el uso de nuevos tipos de polímeros. Científicos de la Osaka Metropolitan University realizaron esta investigación, que se publicó en ACS ES&T Water bajo el título “Captador de Agua Basado en Polieter Líquido para Operación a Temperatura Casi Ambiental mediante Transferencia de Agua Inducida por Diferencia de Hidrofilicidad1.”
Adsorción de Agua
Un método para cosechar agua del aire delgado es usar un polímero capaz de “adsorber” el agua. Adsorción es la capacidad de las sustancias sólidas para atraer moléculas de gases o soluciones con las que están en contacto en sus superficies, en este caso, vapores de agua gaseosa y gotas de agua suspendidas en el aire.
En la vida cotidiana, conocemos materiales adsorbentes como el gel de sílice en envases comerciales. Este es en realidad un proceso bastante eficiente y puede recolectar mucha agua ambiental.
Fuente: Osaka Metropolitan University
El problema es lograr que el polímero libere esa agua. Normalmente, se requiere calor de alrededor de 100 °C para desorbitar estos polímeros, lo que, por supuesto, lo hace muy ineficiente en energía y costoso. En contraste, el nuevo polímero desarrollado en Osaka es diferente.
Desorción a Baja Temperatura
El problema al liberar el agua del polímero es que las mismas características que hacen que un polímero sea un buen adsorbente también lo hacen pobre para liberarlo, de ahí la necesidad de altas temperaturas para que ocurra.
Anteriormente, los investigadores intentaron mezclar polietilenglicol (PEG) y polipropilenglicol oligomérico (PPG), creando un mecanismo de “transferencia de agua inducida por diferencia de hidrofilicidad (HWT)”.
En términos más simples, la diferencia en la adsorción de agua entre los dos tipos de polímeros creó una capacidad más débil para retener el agua adsorbida. Esto permitió la creación de un adsorbente de humedad líquido que solo requiere una temperatura de alrededor de 35 °C / 95 °F para funcionar.
Sin embargo, esto limitó la capacidad de adsorción de agua de la mezcla, haciéndola menos productiva aunque fuera mucho menos intensiva en energía.
Co-Polímero PEG-PPG
En el experimento más reciente, los investigadores intentaron mezclar un copolímero PEG-PPG con PEG en su lugar.
Fuente: ACS Publication
Esta mezcla potenció aún más el efecto HWT, resultando en el mejor resultado posible:
- Se preservó la baja temperatura de recuperación
- La tasa de captación de agua fue en realidad más alta que la del PEG solo, que normalmente era el elemento que mejor adsorbía agua.
El copolímero aleatorio PEG-PPG mostró la mayor tasa de captación de agua, superior a la del PEG. La mejora en la recuperación de agua se originó del efecto sinérgico del HWT y el colapso de los cúmulos de agua.
Aplicaciones
La baja temperatura requerida para recolectar el agua y regenerar el polímero cambia radicalmente el potencial de esta tecnología. Primero, elimina la necesidad de temperaturas altas que consumen energía, mejorando radicalmente la credibilidad ecológica de la idea.
“Se espera que las mejoras a esta tecnología también conduzcan a reducciones de gases de efecto invernadero y a un uso más eficiente de los recursos hídricos. De ahora en adelante, nos enfocaremos en mejorar el adsorbente de humedad líquida y aumentar la eficiencia de todo el sistema para hacerlo práctico.”
Masahide Takahashi – Profesor en Osaka Metropolitan University
En segundo lugar, dado que 35 °C / 95 °F es mucho más fácil de alcanzar, podría lograrse simplemente aprovechando el ciclo día‑noche, especialmente en regiones desérticas donde el día es bastante caluroso, como la mayoría de los desiertos de la zona tropical (Sahara, Oriente Medio, India, México y suroeste de EE. UU., etc.).
Regiones más frías como Mongolia podrían ser más complicadas, pero tal vez un espejo de lámina metálica muy simple podría ayudar a alcanzar el umbral de 35 °C cuando hay sol. Esto abre el camino para un sistema completamente pasivo, generando agua automáticamente con muy poco esfuerzo.
La misma tecnología también podría desplegarse rápidamente en regiones que necesitan urgentemente agua limpia.
“Esta tecnología tiene el potencial de aplicarse no solo al suministro de agua en regiones áridas y lugares con recursos energéticos limitados, sino también para garantizar el acceso al agua en tiempos de desastres y emergencias.”
Arisa Fukatsu – Profesora asistente en Osaka Metropolitan University
Un mayor desarrollo también podría basarse en esta investigación. Por ejemplo, nada demuestra que la mezcla de polímeros descubierta aquí sea la combinación óptima.
En teoría, muchas otras combinaciones de polímeros hidrofílicos y ligeramente menos hidrofílicos podrían cumplir la función. Así que ahora que el principio ha sido demostrado, una exploración sistemática de nuevos materiales adsorbentes de agua podría ayudar a mejorar aún más el rendimiento, acercando la técnica a la viabilidad comercial.
Empresa que Resuelve la Escasez de Agua
Xylem Inc.
Junto con la europea Veolia, Xylem es un líder global en purificación de agua, tratamiento de aguas residuales y desalinización. Emplea a más de 23 000 personas (de las cuales más de 6 000 son ingenieros) y opera en 150 países, con un enfoque en EE. UU., con más de 35 000 clientes industriales directos.
XYL Gráfico de precios
Su mercado principal es el agua potable municipal y las aguas residuales, pero también ofrece soluciones dedicadas a otros sectores como salud, energía, alimentos y bebidas, petróleo y gas, microelectrónica, etc.
Fuente: Xylem
Xylem puede proporcionar los equipos patentados críticos para limpiar o producir agua, como generadores de ozono, lámparas UV, membranas de desalinización, generadores de agua ultra‑pura, etc. Pero también ofrece equipos “más simples” igualmente críticos para operaciones relacionadas con el agua, como turbinas, bombas, tuberías, inyección, software, etc., así como servicios de mantenimiento, reparación e instalación.
Fuente: Xylem
El mercado del agua sigue siendo muy fragmentado, con Xylem como una de las mayores empresas del sector pero aún manteniendo “solo” una cuota de mercado del 10 % de su mercado direccionable de 80 000 M$.
La empresa invierte alrededor del 4 % de sus ventas en I+D. Debería beneficiarse de nuevas regulaciones relacionadas con PFAS (sustancias per- y polifluoroalquil), o químicos eternos), con más de 6 000 instalaciones de servicios públicos que requieren dicho tratamiento de PFAS.
Xylem ha crecido de manera constante, con ingresos netos que aumentaron de 297 M$ en 2012 a 609 M$ en 2023, manteniendo un margen EBITDA estable del 17‑219 %.
En conjunto, esto hace que el perfil de inversión de la empresa sea menos parecido al de una compañía industrial (a menudo cíclica) y más parecido al de una empresa de servicios públicos que crece con la economía general o un poco por encima de esa tasa, como la mayoría de sus consumidores.
Referencia del Estudio:
1. Ikegawa, D., Fukatsu, A., Okada, K., & Takahashi, M. (2024). Captador de agua basado en polieter líquido para operación a temperatura casi ambiental mediante transferencia de agua inducida por diferencia de hidrofilicidad. ACS ES&T Water. https://doi.org/10.1021/acsestwater.4c00775 en español.
