Científicos de la Universidad de Kiel optimizan un material que captura agua del aire con solo un 18% de humedad relativa.
- 💧 Hasta 1,8 litros de agua diarios por kilogramo de material.
- 🏜️ Captación de humedad desde un 18 % de humedad relativa.
- ☀️ Regeneración mediante electricidad, calor o radiación solar.
- 🌡️ Liberación del agua a unos 70 °C.
- 🔄 Ciclos rápidos y repetibles durante todo el día.
- 🏭 Producción piloto de 30 kg y costes estimados de 12 a 14 dólares por kilogramo.
- ❄️ Hasta tres veces más capacidad de refrigeración que el gel de sílice.
Un material poroso desarrollado en Alemania puede producir hasta 1,8 litros de agua al día a partir del aire seco con solo 1 kg
Obtener agua potable del aire suele asociarse a regiones tropicales, niebla abundante o sistemas de refrigeración con un elevado consumo eléctrico. Un equipo de investigadores de la Universidad de Kiel, en Alemania, trabaja en una alternativa bastante distinta: capturar directamente las moléculas de agua presentes en el aire seco mediante un material extremadamente poroso y liberarlas después utilizando calor.
El protagonista es CAU-10-H, un material perteneciente a la familia de las estructuras metal-orgánicas, conocidas como MOF. Su arquitectura microscópica contiene una enorme red de poros conectados capaces de atrapar moléculas de agua con rapidez.
La tecnología tiene un objetivo muy concreto. Desarrollar sistemas capaces de proporcionar nuevas fuentes de agua en regiones como el Mediterráneo, donde el aumento de las temperaturas, las sequías prolongadas y la reducción de las precipitaciones están incrementando la presión sobre los recursos hídricos.
Los últimos avances del equipo alemán permiten acercar esta tecnología a aplicaciones reales. Los investigadores han conseguido acelerar los ciclos de captura y liberación del agua, aumentar la producción del material hasta escala piloto y reducir los costes potenciales de fabricación.
Una esponja microscópica capaz de capturar agua del aire
Los MOF pueden imaginarse como estructuras cristalinas llenas de cavidades diminutas. La diferencia respecto a una esponja convencional está en la escala.
Un solo gramo de estos materiales puede contener una enorme superficie interna disponible para interactuar con moléculas de gases o líquidos.
En el caso de CAU-10-H, la estructura ha sido optimizada para adsorber agua.
La adsorción es un fenómeno en el que las moléculas quedan retenidas sobre la superficie interna de un material. Aquí no hace falta enfriar el aire hasta provocar condensación. Las moléculas de agua se introducen en los poros y quedan temporalmente atrapadas dentro de la estructura.
El material comienza a funcionar con una humedad relativa de aproximadamente el 18 %, una característica especialmente interesante para regiones áridas y semiáridas.
A temperatura ambiente captura humedad. Cuando posteriormente alcanza unos 70 °C, libera el agua almacenada.
Ese proceso puede repetirse muchas veces.
Capturar. Calentar. Liberar agua. Volver a empezar.
Un kilogramo podría obtener hasta 1,8 litros de agua al día
En condiciones secas, el material compuesto desarrollado por los investigadores puede almacenar hasta 0,17 gramos de agua por cada gramo de material.
El rendimiento diario aumenta gracias a la velocidad de funcionamiento.
Cada ciclo completo dura pocas horas, por lo que el mismo material puede utilizarse varias veces durante una jornada. Según los resultados experimentales, 1 kg del compuesto podría producir potencialmente hasta 1,8 litros de agua al día.
La cifra resulta especialmente relevante porque la tecnología está pensada para funcionar donde otras soluciones pierden eficacia.
Los sistemas convencionales de producción de agua atmosférica suelen enfriar el aire por debajo de su punto de rocío. Ese proceso requiere electricidad y su rendimiento disminuye cuando la humedad ambiental es baja.
Los materiales adsorbentes permiten trabajar de otra manera: capturan selectivamente el vapor de agua presente en la atmósfera y utilizan después una fuente térmica para recuperarlo.
El desafío ahora está en trasladar el rendimiento obtenido con el material a dispositivos completos capaces de funcionar durante miles de ciclos en condiciones reales.
Carbono conductor para acelerar la producción de agua
Una de las principales mejoras introducidas por el equipo de Kiel consiste en combinar CAU-10-H con estructuras de carbono conductoras de electricidad.
El resultado es un material compuesto que puede calentarse rápidamente.
Cuando circula electricidad a través de la estructura de carbono se produce calor mediante efecto Joule. La temperatura aumenta y el agua atrapada en los poros es expulsada.
También puede aprovecharse directamente la energía solar.
Esta capacidad permite reducir el tiempo necesario para regenerar el material y realizar más ciclos de producción durante el día.
Y ahí está una de las claves de la tecnología.
No basta con almacenar mucha agua. Para obtener una cantidad útil diariamente, el material debe capturar humedad y regenerarse rápidamente, con el menor consumo energético posible.
El Mediterráneo, uno de los territorios donde esta tecnología podría tener más sentido
La investigación está orientada, entre otras regiones, hacia el Mediterráneo.
El aumento de las temperaturas está elevando la demanda de agua al mismo tiempo que las precipitaciones se vuelven más irregulares. Agricultura, ciudades, turismo y ecosistemas naturales compiten por unos recursos hídricos cada vez más tensionados.
España conoce bien este problema.
La desalación de agua marina se ha convertido en una infraestructura estratégica en zonas del litoral mediterráneo y las islas. Sin embargo, requiere grandes instalaciones, acceso al mar, redes de distribución y un suministro energético considerable.
La captación atmosférica podría ocupar otro espacio.
Pequeños sistemas descentralizados instalados en viviendas aisladas, explotaciones agrícolas, refugios, instalaciones industriales o comunidades alejadas de las redes convencionales de abastecimiento.
No reemplazarían embalses, desaladoras o sistemas de reutilización de aguas residuales. Su interés estaría en complementar esas infraestructuras y proporcionar pequeñas cantidades de agua allí donde transportar o producir agua resulta especialmente complicado.
Producir el material a gran escala era uno de los grandes obstáculos
Los materiales avanzados suelen funcionar muy bien en el laboratorio y tropezar cuando llega el momento de fabricar toneladas.
CAU-10-H llevaba aproximadamente 15 años siendo investigado.
El equipo de Kiel ha conseguido ahora producir alrededor de 30 kg del material, unas 60 veces más que las cantidades fabricadas anteriormente en laboratorio.
Se trata de un paso intermedio hacia la producción industrial.
La ampliación de escala ha permitido estudiar aspectos que difícilmente aparecen cuando se trabajan pequeñas cantidades: consumo de materias primas, energía utilizada durante la síntesis, tiempos de producción, rendimiento de los procesos y costes.
Mediante un análisis tecnoeconómico, los investigadores estiman que el coste de fabricación podría situarse entre 12 y 14 dólares por kilogramo.
La cifra todavía no permite conocer el precio final de un dispositivo comercial. Harían falta intercambiadores térmicos, sistemas de condensación, estructuras de soporte, filtros, controles electrónicos y otros componentes.
Aun así, conseguir fabricar decenas de kilogramos con un proceso reproducible es importante. La industrialización de nuevos materiales depende precisamente de superar este tipo de escalones.
El agua obtenida necesita controles antes de llegar al vaso
Capturar agua de la atmósfera no significa obtener automáticamente agua apta para el consumo humano.
Un sistema comercial tendría que garantizar que el material no libera sustancias indeseadas y que el agua permanece protegida frente a contaminantes presentes en el aire.
Polvo, partículas finas, microorganismos y compuestos orgánicos volátiles pueden encontrarse en la atmósfera.
Por esa razón, los dispositivos destinados a producir agua potable necesitarían incorporar filtración del aire, condensación controlada, almacenamiento higiénico y sistemas de tratamiento o desinfección.
También sería necesario controlar la composición mineral del agua.
El agua obtenida mediante condensación puede presentar una mineralización muy baja. Dependiendo del uso previsto y de la normativa sanitaria aplicable, podría requerir una etapa posterior de remineralización.
Este aspecto será determinante para que la captación atmosférica avance desde los prototipos hacia sistemas de abastecimiento utilizados diariamente.
El mismo material puede reducir el consumo energético de la refrigeración
La investigación tiene una segunda aplicación con un potencial considerable: producir frío aprovechando calor residual.
CAU-10-H puede utilizarse en sistemas de refrigeración por adsorción.
En estas instalaciones, el material captura y libera vapor de agua mediante ciclos térmicos. El proceso permite generar refrigeración utilizando calor como principal fuente de energía.
Los ensayos realizados por los investigadores indican que CAU-10-H puede proporcionar hasta tres veces más capacidad de refrigeración que el gel de sílice, uno de los materiales adsorbentes utilizados habitualmente.
La ventaja aparece cuando existe calor que actualmente se desperdicia.
Centros de datos, panaderías, industrias alimentarias, instalaciones solares térmicas y numerosos procesos industriales generan grandes cantidades de energía térmica de baja temperatura.
Parte de ese calor podría utilizarse para regenerar el material.
El resultado sería interesante: transformar una corriente térmica desaprovechada en refrigeración útil, reduciendo el consumo eléctrico asociado al aire acondicionado convencional.
Centros de datos, industrias y edificios como posibles fuentes de calor
La expansión de los centros de datos está aumentando rápidamente la demanda eléctrica asociada tanto al funcionamiento de los servidores como a su refrigeración.
Una parte importante de la electricidad consumida termina convertida en calor.
Recuperar esa energía es uno de los grandes retos actuales de la eficiencia energética.
Los sistemas basados en materiales adsorbentes podrían aprovechar fuentes térmicas que resultan difíciles de utilizar para producir electricidad debido a su baja temperatura.
Algo parecido ocurre en industrias, lavanderías, hornos, cocinas profesionales o instalaciones agroalimentarias.
El calor residual podría utilizarse para producir frío, regenerar materiales captadores de humedad o impulsar sistemas descentralizados de obtención de agua.
Combinar diferentes aplicaciones alrededor de una misma fuente térmica aumentaría todavía más la eficiencia global de las instalaciones.
De producir 30 kg a fabricar toneladas
El siguiente desafío es industrial.
Los investigadores han demostrado que CAU-10-H puede fabricarse en cantidades superiores a las habituales en un laboratorio y han identificado vías para reducir costes.
Ahora será necesario diseñar dispositivos compactos, resistentes y fáciles de mantener.
También habrá que comprobar cómo responde el material frente al polvo, la contaminación atmosférica, las variaciones de temperatura y humedad, la exposición prolongada al sol y miles de ciclos consecutivos de adsorción y regeneración.
La duración será decisiva.
Un material barato que pierde rendimiento rápidamente tendría poco interés comercial. Uno capaz de funcionar durante años con un mantenimiento reducido podría cambiar la economía de la captación atmosférica de agua.
Potencial
CAU-10-H representa una línea de investigación especialmente interesante porque conecta tres problemas que van a ganar importancia durante las próximas décadas: escasez de agua, aumento de la demanda de refrigeración y desperdicio de energía térmica.
Su aplicación más realista probablemente no pase por enormes plantas destinadas a abastecer ciudades enteras.
El potencial está en sistemas distribuidos.
Equipos alimentados con energía solar para producir agua en zonas aisladas. Instalaciones agrícolas capaces de generar pequeñas cantidades de agua para usos específicos. Dispositivos de emergencia desplegados después de catástrofes. Sistemas de refrigeración industrial impulsados con calor residual.
También podrían desarrollarse instalaciones híbridas.
Durante la noche, cuando aumenta la humedad relativa, el material capturaría agua de la atmósfera. Durante el día, la radiación solar regeneraría el adsorbente y permitiría recuperar el agua acumulada.
En industrias y centros de datos, el calor residual podría mantener los ciclos de funcionamiento durante muchas horas.
La tecnología todavía necesita demostrar durabilidad, seguridad sanitaria y competitividad económica fuera del laboratorio. Pero el avance conseguido en Kiel resuelve una cuestión fundamental: el material puede fabricarse en cantidades relevantes, funciona con aire seco y admite ciclos rápidos de regeneración.
En un planeta donde millones de personas viven bajo estrés hídrico y la demanda energética para refrigeración continúa creciendo, aprovechar mejor la humedad atmosférica y el calor que actualmente se desperdicia puede convertirse en una herramienta útil.
No resolverá por sí sola la crisis del agua.
Pero podría proporcionar algo muy valioso: agua y refrigeración allí donde los recursos convencionales son caros, escasos o difíciles de transportar.
Vía Kiel University
Más información:
Lasse Wegner et al, Electrically conductive MOF@carbon foam composites for atmospheric water harvesting through internal Joule heating and light irradiation, Journal of Materials Chemistry A (2026). DOI: 10.1039/d6ta00544f
Kalle S. Mertin et al, CAU-10-H: Synthesis Scale-Up at the Pilot Scale, Techno-Economic Analysis, and Application in a Full-Scale Cooling System, Industrial & Engineering Chemistry Research (2026). DOI: 10.1021/acs.iecr.5c05308
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