domingo, 16 de abril de 2017

La cosechadora de agua

Esta es la cosechadora de agua construido en el MIT con los MOF de la Universidad de Berkeley. Usando sólo la luz solar, la cosechadora puede tirar de litros de agua del aire de baja humedad durante un período de 12 horas.
Crédito: MIT foto del laboratorio de Evelyn Wang
Imaginar un futuro en el que cada hogar tiene un aparato que extrae toda el agua del hogar necesita en el aire, incluso en climas secos o desérticos, utilizando sólo el poder del sol.
Ese futuro puede ser la vuelta de la esquina, con la demostración de esta semana de una cosechadora de agua que utiliza sólo la luz solar ambiental para tirar de litros de agua en el aire cada día en condiciones tan bajas como 20 por ciento de humedad, un nivel común en las zonas áridas.
La cosechadora de energía solar, publicado en la revista Ciencia , se construyó en el Instituto de Tecnología de Massachusetts usando un material especial - un armazón organometálico, o MOF - producido en la Universidad de California, Berkeley.
"Este es un avance muy importante en el desafío de larga data de captación de agua desde el aire a baja humedad", dijo Omar Yaghi, uno de los dos autores principales del papel, que tiene la silla de James y Neeltje Tretter en química en la Universidad de Berkeley y es un científico de la facultad en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. "No hay otra manera de hacerlo en este momento, excepto mediante el uso de energía extra. Su deshumidificador eléctrico en casa 'produce' agua muy caro."
El prototipo, en condiciones de 20-30 por ciento de humedad, era capaz de tirar de 2,8 litros (3 cuartos de galón) de agua del aire durante un período de 12 horas, utilizando un kilogramo (2,2 libras) de MOF. pruebas de la azotea del MIT confirmaron que el dispositivo funciona en condiciones del mundo real.
"Una visión para el futuro es tener el agua fuera de la red, donde se tiene un dispositivo en el hogar que se ejecuta en solar ambiental para suministrar agua que satisfaga las necesidades de un hogar", dijo Yaghi, que es el director fundador de la Berkeley Global Science Instituto, un co-director del Instituto Kavli de Energía nanociencias y la Alianza de Investigación de California por BASF. "Para mí, que será posible gracias a este experimento. Lo llamo agua personalizada."
Yaghi inventó armazones organometálicos hace más de 20 años, la combinación de metales como el magnesio o el aluminio con moléculas orgánicas en una disposición Tinker-juguete para crear estructuras rígidas, porosos ideales para el almacenamiento de gases y líquidos. Desde entonces, más de 20.000 MOF diferentes han sido creados por investigadores de todo el mundo. Algunos sostienen los productos químicos tales como el hidrógeno o el metano: la sociedad BASF química está probando una de MOF de Yaghi en camiones a gas natural, ya que los depósitos llenos-MOF sostienen tres veces el metano que se puede bombear a presión en un tanque vacío.
Otros MOF son capaces de capturar dióxido de carbono de gases de combustión, catalizar la reacción de los productos químicos adsorbidos o petroquímicos separados en plantas de procesamiento.
En 2014, Yaghi y su equipo de la Universidad de Berkeley sintetizaron una MOF - una combinación de metal de circonio y ácido adípico - que une el vapor de agua, y sugirió a Evelyn Wang, un ingeniero mecánico en el MIT, que se unen para convertir el MOF en un sistema de recogida de agua.
El sistema de Wang y sus estudiantes diseñados consistía en más de dos libras de cristales de MOF-tamaño del polvo comprimido entre un absorbedor solar y una placa de condensador, colocados dentro de una cámara abierta al aire. Como el aire ambiente se difunde a través de la MOF poroso, las moléculas de agua preferentemente se adhieren a las superficies interiores. Los estudios de difracción de rayos X han demostrado que las moléculas de vapor de agua a menudo se reúnen en grupos de ocho para formar cubos.
La luz del sol que entra a través de una ventana calienta el MOF y conduce el agua unida hacia el condensador, que está a la temperatura del aire exterior. El vapor se condensa como agua líquida y gotea en un colector.
"Este trabajo ofrece una nueva manera de cosechar el agua del aire que no requiere condiciones de alta humedad relativa y es mucho más eficiente que otras tecnologías existentes", dijo Wang.
Esta prueba de concepto cosechadora deja mucho margen de mejora, dijo Yaghi. La corriente MOF puede absorber sólo el 20 por ciento de su peso en agua, pero otros materiales MOF posiblemente podría absorber 40 por ciento o más. El material también puede ser ajustado para ser más eficaz en los niveles de humedad más altos o más bajos.
"No es sólo que hicimos un dispositivo pasivo que se sienta allí recoger agua; ahora hemos establecido tanto los fundamentos teóricos y experimentales de modo que podamos detectar otros MOF, miles de los cuales se podrían hacer, para encontrar incluso mejores materiales", dijo . "Hay un gran potencial para la ampliación de la cantidad de agua que se está recogiendo. Es sólo una cuestión de ingeniería más ahora".
Yaghi y su equipo están trabajando para mejorar sus MOF, mientras que Wang continúa mejorando el sistema de recolección de producir más agua.
"Para tener agua corriente todo el tiempo, se podría diseñar un sistema que absorbe la humedad durante la noche y evoluciona durante el día", dijo. "O el diseño del colector solar para permitir esto a un ritmo mucho más rápido, donde se empuja más aire. Queríamos demostrar que si se corta la llamada en algún lugar del desierto, que podría sobrevivir a causa de este dispositivo. Una persona necesita alrededor una Coca-Cola puede de agua por día. Eso es algo que se podría recoger en menos de una hora con este sistema ".