Un generador de agua atmosférica ( AWG , por sus siglas en inglés) es un dispositivo que extrae agua del aire húmedo del ambiente, produciendo agua potable . El vapor de agua en el aire se puede extraer ya sea por condensación (enfriando el aire por debajo de su punto de rocío ), exponiendo el aire a desecantes , utilizando membranas que solo dejan pasar el vapor de agua, recolectando niebla [1] o presurizando el aire. Los AWG son útiles donde es difícil obtener agua potable, porque el agua siempre está presente en el aire ambiente.
El AWG puede requerir un importante aporte de energía o funcionar de forma pasiva, dependiendo de las diferencias naturales de temperatura . Los estudios de biomimetismo han demostrado que el escarabajo Onymacris unguicularis tiene la capacidad natural de realizar esta tarea. [2]
Los incas pudieron mantener su cultura por encima de la línea de lluvia recolectando rocío y canalizándolo hacia cisternas para su posterior distribución. [3] Los registros históricos indican el uso de vallas de niebla para recolectar agua . Estos métodos tradicionales generalmente han sido completamente pasivos, no empleando ninguna fuente de energía externa y dependiendo de las variaciones de temperatura que ocurren naturalmente. [ cita requerida ]
En 2022, el Ejército y la Marina de los EE. UU. contrataron tecnología de extracción basada en salmuera a Terralab y la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias (FEMA). [4]
El programa de extracción de agua atmosférica de DARPA tiene como objetivo desarrollar un dispositivo que pueda proporcionar agua a 150 soldados y ser transportado por cuatro personas. En febrero de 2021, General Electric recibió 14 millones de dólares para continuar con el desarrollo de su dispositivo. [5]
En 2022, se demostró un desecante a base de celulosa / goma konjac que producía 13 L/kg/día (1,56 galones estadounidenses/lb/día) de agua con una humedad del 30 %, y 6 L/kg/día (0,72 galones estadounidenses/lb/día) con una humedad del 15 %. El desecante libera el agua cuando se calienta a 60 °C (140 °F). [6] [4]
En 2024, los investigadores anunciaron un dispositivo que utilizaba aletas verticales espaciadas a 2 mm (0,08 pulgadas) de distancia. Las aletas son láminas de cobre, envueltas en espumas de cobre recubiertas con una zeolita . El agua se libera cuando las láminas de cobre se calientan a 184 °C (363 °F). Las aletas se saturan en aire con un 30% de humedad una vez por hora. Calentada cada hora, la cosechadora puede producir 5,8 L (1,5 gal)/día por kilogramo (2,2 lb) de material. [3] [5]
Los sistemas basados en refrigeración son los más comunes, mientras que los sistemas higroscópicos se muestran prometedores. Los sistemas híbridos combinan adsorción , refrigeración y condensación. [7] [8] Los pozos de aire son una forma de recolectar pasivamente la humedad del aire.
Los sistemas de condensación son la tecnología más común en uso.
Un sistema AWG de condensación por enfriamiento utiliza un compresor para hacer circular el refrigerante a través de un condensador y luego de un serpentín evaporador que enfría el aire circundante. Una vez que la temperatura del aire alcanza su punto de rocío , el agua se condensa en el colector. Un ventilador empuja el aire filtrado sobre el serpentín. Un sistema de purificación/filtración mantiene el agua pura y reduce el riesgo que suponen los microorganismos ambientales. [9]
La tasa de producción de agua depende de la temperatura ambiente, la humedad, el volumen de aire que pasa sobre la bobina y la capacidad de la máquina para enfriar la bobina. Las AWG se vuelven más efectivas a medida que aumentan la humedad relativa y la temperatura del aire. Como regla general, las AWG de condensación de enfriamiento no funcionan de manera eficiente cuando la temperatura ambiente cae por debajo de los 18,3 °C (65 °F) o la humedad relativa cae por debajo del 30%. La rentabilidad de una AWG depende de la capacidad de la máquina, las condiciones locales de humedad y temperatura y los costos de energía.
El efecto Peltier de los materiales semiconductores ofrece un sistema de condensación alternativo en el que un lado del material semiconductor se calienta mientras el otro lado se enfría. En esta aplicación, el aire se hace pasar por los ventiladores de refrigeración del lado que se enfría, lo que reduce la temperatura del aire. Los semiconductores de estado sólido son convenientes para unidades portátiles, pero esto se ve contrarrestado por una baja eficiencia y un alto consumo de energía. [10]
La generación de agua potable se puede mejorar en condiciones de baja humedad mediante el uso de un enfriador evaporativo con un suministro de agua salobre para aumentar la humedad. Un caso especial es la generación de agua en invernaderos porque el aire en el interior es mucho más cálido y húmedo. Algunos ejemplos incluyen el invernadero de agua de mar en Omán y el invernadero IBTS .
En los acondicionadores de aire deshumidificadores , el agua no potable es un subproducto. El serpentín del evaporador, relativamente frío (por debajo del punto de rocío), condensa el vapor de agua del aire procesado.
Cuando funciona con electricidad a base de carbón, tiene una de las peores huellas de carbono de cualquier fuente de agua (superando a la desalinización de agua de mar por ósmosis inversa en tres órdenes de magnitud ) y demanda más de cuatro veces más agua en la cadena de suministro de la que entrega al usuario. [11]
El método más eficiente y sostenible es utilizar un refrigerador de adsorción alimentado por energía solar térmica, que supera a los sistemas alimentados con energía fotovoltaica. [12] Estos sistemas también pueden tener usos beneficiosos para el calor residual, por ejemplo, para bombear o para operar durante la noche, donde la humedad tiende a aumentar.
Las técnicas higroscópicas extraen agua del aire mediante absorción o adsorción . Estos materiales desecan el aire. Los desecantes pueden ser líquidos ("húmedos") o sólidos. Deben regenerarse (normalmente de forma térmica) para recuperar el agua.
Los ejemplos de desecantes líquidos incluyen cloruro de litio , bromuro de litio , [13] cloruro de calcio , cloruro de magnesio , formato de potasio , trietilenglicol y [EMIM][OAc]. [14]
Otro desecante húmedo es la salmuera concentrada . La salmuera absorbe agua, que luego se extrae y se purifica. Un dispositivo portátil funciona con un generador . Las versiones grandes, montadas en remolques, producen hasta 1200 galones estadounidenses (4500 L) de agua por día, en una proporción de hasta 5 galones de agua por galón de combustible. [15]
Otra variante se considera más respetuosa con el medio ambiente, ya que se basa en la energía solar pasiva y la gravedad . La salmuera concentrada se hace descender por el exterior de las torres, absorbiendo el vapor de agua. A continuación, la salmuera entra en una cámara, se somete a un vacío parcial y se calienta, liberando vapor de agua que se condensa y se recoge. A medida que el agua condensada se retira del sistema mediante la gravedad, se crea un vacío que reduce el punto de ebullición de la salmuera. [16]
El gel de sílice y la zeolita desecan el aire presurizado. Se están desarrollando dispositivos para generar agua potable directamente utilizando la luz solar. [17] Un dispositivo requiere 310 vatios-hora (1100 kJ) para producir 1 litro de agua. Utiliza una estructura de metal-orgánico de circonio /orgánico sobre una base de cobre poroso, adherida a un sustrato de grafito. El sol calienta el grafito, liberando el agua, que luego enfría el grafito. [18]
Un automóvil con pila de combustible de hidrógeno genera un litro de agua potable por cada 12,87 kilómetros recorridos, combinando hidrógeno con oxígeno ambiental. [19]
A menos que el aire esté sobresaturado de vapor, se requiere un aporte de energía para extraer agua de la atmósfera. La energía requerida es una función importante de la humedad y la temperatura. Se puede calcular utilizando la energía libre de Gibbs.
Se puede generar agua potable mediante paneles solares instalados en los tejados, utilizando energía solar y calor solar. [20] [21] [22]
Los hidrogeles se pueden utilizar para capturar humedad (por ejemplo, durante la noche en un desierto) para enfriar paneles solares [23] o para producir agua dulce [24] [25] , incluso para regar cultivos, como se ha demostrado en sistemas integrados de paneles solares donde estos se han encerrado junto a [26] [27] o debajo de los paneles dentro del sistema. [28] [29] [30] [31] [32] [33]
Un estudio informó que dichos dispositivos podrían ayudar a proporcionar agua potable a mil millones de personas, aunque la generación fuera de la red podría "socavar los esfuerzos para desarrollar una infraestructura de tuberías permanente ". [34] [35] [36]
