Nuevo material puede recolectar agua del aire de forma pasiva

Una nueva clase de materiales nanoestructurados son capaces de extraer agua del aire, retenerla en poros y liberarla sobre superficies sin necesidad de energía externa.

La investigación, publicada en Science Advances, describe un material que podría abrir la puerta a nuevas formas de recolectar agua del aire en regiones áridas y a dispositivos que refrigeran aparatos electrónicos o edificios mediante la evaporación.

"Ni siquiera intentábamos recolectar agua", afirma Daeyeon Lee, profesor de Ingeniería Química y Biololecular en la Universidad de Pennsylvania. "Estábamos trabajando en otro proyecto que probaba la combinación de nanoporos hidrófilos y polímeros hidrófobos cuando Bharath Venkatesh, exestudiante de doctorado de nuestro laboratorio, observó la aparición de gotas de agua en un material que estábamos probando. No tenía sentido. Fue entonces cuando empezamos a plantearnos preguntas".

"Estas preguntas nos llevaron a un estudio a fondo de un nuevo tipo de material nanoporoso anfifílico: uno que combina componentes hidrófilos e hidrófobos en una estructura única a nanoescala. El resultado es un material que captura la humedad del aire y, al mismo tiempo, la expulsa en forma de gotas".

NANOPOROS QUE RECOGEN AGUA

Cuando el agua se condensa en las superficies, suele requerir un descenso de la temperatura o niveles muy altos de humedad. Los métodos convencionales de captación de agua se basan en estos principios, y a menudo requieren el aporte de energía para enfriar las superficies o la formación de una densa niebla que recoja el agua de forma pasiva en ambientes húmedos. Pero el sistema de Lee y Patel funciona de forma diferente.

En lugar de enfriarse, su material se basa en la condensación capilar, un proceso en el que el vapor de agua se condensa dentro de poros diminutos incluso con baja humedad. Esto no es nuevo. Lo que sí lo es es que, en su sistema, el agua no se queda atrapada dentro de los poros, como suele ocurrir en este tipo de materiales.

Antes de comprender lo que sucedía, los investigadores pensaron que el agua simplemente se condensaba en la superficie del material debido a un artefacto de su configuración experimental, como un gradiente de temperatura en el laboratorio. Para descartarlo, aumentaron el espesor del material para ver si cambiaba la cantidad de agua acumulada en la superficie.

"Si lo que observábamos se debiera únicamente a la condensación superficial, el espesor del material no alteraría la cantidad de agua presente", explica Lee.

Sin embargo, la cantidad total de agua acumulada aumentó a medida que aumentaba el espesor de la película, lo que demuestra que las gotas de agua que se formaban en la superficie provenían del interior del material.

Más sorprendente aún: las gotas no se evaporaron rápidamente, como predeciría la termodinámica; permanecieron estables durante largos periodos".

Resultó que habían creado un material con el equilibrio perfecto entre nanopartículas que atraen el agua y plástico hidrófugo (polietileno) para crear una película de nanopartículas con esta propiedad especial.

"Dimos con la solución ideal", afirma Lee. "Las gotas están conectadas a depósitos ocultos en los poros inferiores. Estos depósitos se reponen continuamente con el vapor de agua del aire, creando un ciclo de retroalimentación gracias a este equilibrio perfecto entre materiales hidrófugos y hidrófugos".

Fabricadas con polímeros y nanopartículas comunes mediante métodos de fabricación escalables, estas películas podrían integrarse en dispositivos pasivos de captación de agua para regiones áridas, superficies para refrigerar dispositivos electrónicos o recubrimientos inteligentes que responden a la humedad ambiental.