Ciencia
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Un nuevo material podría recolectar agua durante todo el día.

Un nuevo material podría recolectar agua durante todo el día.

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Un estimado colega, materialista, nos envía el presente artículo escrito por Robert Perkins, publicado en el boletín digital del California Institute of Technology el 20 de mayo de 2021 y traducido por nosotros para este espacio.

El artículo versa sobre pequeñas estructuras inspiradas en forma de espinas de cactus, las cuales permiten que un material recién creado recolecte agua potable del aire tanto de día como de noche, combinando dos tecnologías de recolección de agua en una; ¿interesante no? Veamos de qué se trata…

El material mencionado, una membrana de hidrogel con microarquitectura (se detallará este concepto más adelante) puede producir agua a través de la generación de vapor-agua solar y la recolección de niebla, dos procesos independientes que generalmente requieren dos dispositivos separados. Un artículo científico sobre este material se publicó en Nature Communications el pasado14 de mayo.

La colección de niebla es exactamente lo que parece. Por la noche, las nubes bajas a lo largo de las costas marinas están llenas de gotas de agua. Los dispositivos que pueden fusionarse y recolectar esas gotas pueden convertir la niebla en agua potable.

La generación de vapor solar es otra técnica de recolección de agua. Funciona especialmente bien en las zonas costeras porque también es capaz de purificar el agua, aunque funciona durante el día en lugar de por la noche. En el método, el calor del Sol hace que el agua se evapore, por lo que puede condensarse en agua potable.

Debido a que las dos tecnologías operan en condiciones tan diferentes, generalmente requieren diferentes materiales y dispositivos para que funcionen. Ahora, un material desarrollado en Caltech podría combinarlos en un solo dispositivo, trabajando para generar agua limpia las 24 horas del día.

"La escasez de agua es un problema enorme que la humanidad deberá superar a medida que la población mundial sigue creciendo", dice Julia R. Greer, profesora de la cátedra Ruben F. y Donna Mettler de Ciencia de Materiales, Mecánica e Ingeniería Médica y Directora de la Fletcher Jones Foundation del Kavli Nanoscience Institute. "El agua cubre las tres cuartas partes del mundo, pero sólo alrededor de la mitad del uno por ciento es agua dulce disponible".

Greer ha dedicado su carrera a desarrollar materiales de micro y nanoarquitectura; es decir, materiales cuyas mismas formas (controladas en cada escala de longitud, nanoscópicas y microscópicas) les confieren propiedades inusuales y potencialmente útiles. En este caso, Greer colaboró ​​con Ye Shi, ex becario postdoctoral en Caltech y ahora becario postdoctoral en UCLA, para crear una membrana de espinas diminutas dispuestas en una matriz que se asemejan a árboles de Navidad pero que de hecho están inspiradas en la forma de las espinas de los cactus.

"Los cactus están especialmente adaptados para sobrevivir en climas secos", dice Shi. "En nuestro caso, estas espinas, que llamamos ‘microárboles’, atraen gotitas microscópicas de agua que están suspendidas en el aire, lo que les permite deslizarse por la base de la espina y fusionarse con otras gotitas en gotas relativamente pesadas que eventualmente convergen en un depósito de agua que se puede utilizar posteriormente".

Las espinas están hechas de hidrogel; es decir, una red de polímeros hidrófilos (absorben fácilmente la humedad o el agua) que atraen el agua de forma natural. Debido a su pequeño tamaño, se pueden imprimir en una membrana delgada como una oblea. Durante el día, la membrana de hidrogel absorbe la luz solar para calentar el agua atrapada debajo, que se convierte en vapor. Luego, el vapor se vuelve a condensar en una cubierta transparente, donde se puede recolectar. Durante la noche, la cubierta transparente se pliega y la membrana de hidrogel se expone al aire húmedo para capturar la niebla. Como tal, el material puede recolectar agua tanto del vapor como de la niebla.

En una prueba de funcionamiento realizada durante la noche, muestras de los materiales con un área de entre 55 y 125 centímetros cuadrados pudieron recolectar alrededor de 35 mililitros de agua de la niebla. En las pruebas realizadas durante el día, el material fue capaz de recolectar alrededor de 125 mililitros del vapor solar.

 

El diseño exacto de la membrana se creó utilizando el programa de diseño SolidWorks.

El hidrogel en sí es un gel compuesto de alcohol polivinílico / polipirrol (PVA / PPy), un material flexible y no tóxico que se utiliza en numerosas aplicaciones, incluidos condensadores, sensores de temperatura y tensión portátiles y baterías.

Para afinar el diseño de los microárboles, Greer y Shi trabajaron con Harry Atwater de Caltech, Profesor de la cátedra Howard Hughes de Física Aplicada y Ciencia de Materiales; y Ognjen Ilic, ex becario postdoctoral en Caltech y ahora profesor asistente de la cátedra Benjamin Mayhugh de Ingeniería Mecánica en la Universidad de Minnesota.

Utilizando modelos informáticos, Ilic calculó la distribución de calor dentro de los microárboles para ayudar a definir el tamaño y la forma que serían más efectivos para extraer agua del aire. Con esta exitosa prueba de concepto, el equipo ahora espera encontrar un socio privado capaz de comercializar la tecnología para regiones con escasez de agua.

"Es realmente inspirador que una membrana de polímero hidrófilo relativamente simple se pueda moldear con una morfología que se asemeje a las espinas de los cactus y sea capaz de mejorar enormemente la recolección de agua. Creo que la evolución realmente funciona", dice Greer.

El artículo de Nature Communications se titula "Recolección de agua dulce durante todo el día mediante membranas de hidrogel microestructuradas".

 

Fuente: https://www.caltech.edu/about/news/new-material-could-harvest-water-all-day-long

 

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