Investigadores han creado un hidrogel superabsorbente capaz de extraer humedad del aire en cantidades mayores a los materiales reportados previamente, incluso en condiciones desérticas. Este nuevo material abre la puerta para desarrollar un método efectivo y sostenible para abordar el importante problema de la escasez de agua.
Hidrogel cargado de sal extrae agua del aire.
El agua es fundamental para la supervivencia humana, la producción de energía, la producción de alimentos y los ecosistemas saludables. Al mismo tiempo, el cambio climático ha aumentado la carga de mantener los suministros globales de agua y energía debido a las cambiantes condiciones ambientales. Según Unicef, casi dos tercios de la población mundial experimenta escasez severa de agua al menos durante un mes cada año.
En la búsqueda de materiales innovadores que permitan la recolección de agua, los hidrogeles capaces de absorber humedad del aire, conocidos como hidrogeles higroscópicos, han captado la atención de los investigadores. Para ser efectivos y utilizables en una amplia variedad de situaciones ambientales, estos hidrogeles deben ser económicos, escalables y sostenibles, además de proporcionar un alto grado de captura de vapor de agua.
Investigadores del MIT han desarrollado un hidrogel superabsorbente que cumple con todos estos requisitos, incluso en condiciones similares a las de un desierto. La clave de la capacidad de absorción del material fue la carga del hidrogel con un tipo particular de sal, el cloruro de litio.
Después de leer otros estudios que habían utilizado una mezcla de hidrogeles con sales, los investigadores se decidieron por el cloruro de litio, el cual es altamente higroscópico. Es capaz de absorber más de diez veces su peso en humedad. Sin embargo, se necesitaba un material que pudiera retener el agua recolectada por la sal del aire, y ahí es donde entra en juego el hidrogel.
Es lo mejor de ambos mundos. El hidrogel puede retener mucha agua y la sal puede capturar mucho vapor. Por lo tanto, es intuitivo combinar los dos.
Gustav Graeber, autor principal del estudio.
Los investigadores experimentaron colocando discos de hidrogel en soluciones con diferentes concentraciones de sal de cloruro de litio. Cada día pesaban los discos para determinar cuánta sal había sido absorbida por el hidrogel. Después de remojarlos durante 30 días, los investigadores descubrieron que el hidrogel había absorbido 24 g de sal por gramo de gel. Investigaciones anteriores habían logrado una absorción de sal de 6 g, pero el hidrogel no había sido dejado en la solución salina durante tanto tiempo.
El hidrogel cargado de sal fue sometido a pruebas en varias condiciones de humedad. Los investigadores descubrieron que, en un rango de niveles de humedad del 30%, 50% y 70%, el hidrogel absorbía la humedad sin fugas. Incluso a un 30% de humedad relativa, inferior a la humedad en el desierto durante la noche, los hidrogeles capturaban 1,79 g de agua por gramo de material, un 15% más que los hidrogeles previamente probados, según los investigadores. El agua podría ser calentada, condensada y recolectada como agua ultrapura.
Cualquier desierto durante la noche tendría esa baja humedad relativa, por lo que concebiblemente, este material podría generar agua en el desierto.
Carlos Díaz-Marín, uno de los coautores del estudio.
El próximo desafío para los investigadores es acelerar el proceso de absorción de agua.
La gran sorpresa inesperada fue que, con un enfoque tan simple, pudimos lograr la mayor captura de vapor reportada hasta la fecha. Ahora, el enfoque principal será en la cinética y en la rapidez con la que podemos hacer que el material absorba agua. Eso permitiría ciclar este material muy rápidamente, de manera que en lugar de recuperar agua una vez al día, podrías recolectar agua quizás 24 veces al día.
Gustav Graeber
Debido a que se puede fabricar rápidamente y a gran escala, además de ser un recolector de agua efectivo, los investigadores están considerando otras aplicaciones para su hidrogel salado.
Hemos sido agnósticos en cuanto a la aplicación, en el sentido de que nos hemos enfocado principalmente en las propiedades fundamentales del material. Pero ahora estamos explorando problemas muy diversos, como cómo hacer que los sistemas de aire acondicionado sean más eficientes y cómo se puede recolectar agua. Este material, debido a su bajo costo y alto rendimiento, tiene un gran potencial.
Carlos Díaz-Marín
Vía mit.edu
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