Obtener y canalizar agua, desde las canalizaciones de los incas hasta los acueductos romanos, ha sido siempre una muestra del progreso de una sociedad. Hoy soluciones como la desalación por ósmosis inversa suponen un paso más en la soberanía hídrica de la humanidad. En el contexto de las innovaciones destinadas a obtener agua potable allá donde se echa en falta, las soluciones de captación atmosférica son algunas de las más prometedoras en los últimos años.

Ya hemos hablado de arpas atrapaniebla o de los cristales Janus inspirados en criaturas del desierto, pero esta vez se trata de una solución tan portátil que puede considerarse un wearable: una chaqueta que atrapa agua atmosférica gracias a las propiedades de un tejido innovador y sostenible. Si la materia tiene su antimateria, se podría decir que esta prenda es el reverso cósmico de un chubasquero.

La mayoría de las soluciones para atrapar agua atmosférica suelen requerir grandes instalaciones que permitan aprovechar la condensación del rocío de forma pasiva o máquinas capaces de absorber la humedad con sistemas de ventilación y condensación que requieren de energía exógena. El prototipo que ha desarrollado la Universidad de Texas es una solución pasiva, pero se distingue por su extremada portabilidad, ya que se trata de un tejido flexible que puede incorporarse a cualquier prenda.

Así, el equipo estadounidense ha trasladado esta fibra textil a una chaqueta capaz de absorber la humedad del aire ambiente a lo largo del día y transformarla en agua potable apta para el consumo humano. Y no se trata de un ejercicio de laboratorio: en pruebas de campo reales, la prenda ha generado entre 400 y 900 mililitros diarios de agua en función de los niveles de humedad ambiental. Es decir, en el contexto adecuado, una sola prenda casi puede cubrir las necesidades elementales de agua de una persona. 

Para lograrlo, en lugar de intentar miniaturizar los deshumidificadores mecánicos tradicionales, el equipo de investigación ha centrado sus esfuerzos en la arquitectura molecular de los tejidos sintéticos. Según Guihua Yu, catedrático del Walker Department of Mechanical Engineering y codirector del estudio publicado en Science Advances, el objetivo fundamental consistía en replantear de forma radical el formato físico de los equipos de recolección de agua.

Los materiales desecantes tradicionales suelen enfrentarse a ciertos cuellos de botella. Si bien muchos compuestos químicos consiguen capturar la humedad ambiental, la densidad de sus superficies externas dificulta el transporte interno del agua captada, lo que ralentiza de forma notable tanto su absorción como posterior liberación del agua.

El equipo de Austin ha resuelto esta limitación mediante el desarrollo de fibras con poros abiertos jerárquicos (fibras HOP, por sus siglas en inglés). Detrás de esas siglas hay un principio muy sencillo: son estructuras que cuentan con una superficie exterior de poro abierto conectada a una red interna. Esta configuración permite que el vapor de agua se condense con rapidez en el exterior y fluya hacia el núcleo del material textil.

Tal como señala Keith Johnston, coautor del estudio, el gran avance no radica tan solo en sintetizar un material capaz de absorber humedad, sino en diseñar una vía de transporte ininterrumpida que conduzca el agua desde el estado de vapor en el aire hasta la fase líquida en la superficie de la fibra y, de ahí, directamente al interior del tejido. Este mecanismo dinámico permite que el material multiplique su rendimiento entre tres y diez veces en comparación con los sistemas de absorción convencionales.

Otra de las ventajas del tejido, más allá de su eficacia, es el tipo de materias primas sostenibles que emplea. Porque esta chaqueta recolectora de agua se confecciona con un tejido de hidrogel sostenible derivado de biomasa. Las fibras se sintetizan mediante hidroxipropilcelulosa anfifílica, un polímero biodegradable derivado de la celulosa vegetal. Este, a su vez, se combina con cloruro de litio, una sal higroscópica que atrae las moléculas de vapor de agua presentes en la atmósfera con gran eficiencia.

La prenda resultante puede alcanzar los 2,68 gramos de agua por gramo de agua con un 60 % de humedad relativa. En entornos con humedades relativas comprendidas entre el 20 % y el 80 %, el material textil ha alcanzado rendimientos diarios de entre 3,76 y 7,45 litros de agua por kilogramo de material absorbente.

Además, el material puede alcanzar el 80 % de su capacidad de saturación total en un intervalo de entre 19 y 20 minutos con niveles moderados de humedad. Es decir, capta agua con eficacia y lo hace con una rapidez inalcanzable para los desecantes tradicionales.

Para integrar esta formulación química en una prenda ponible, el equipo ha incorporado cuatro paneles de captación de humedad en la estructura de la chaqueta: dos secciones amplias en la parte frontal y dos en la espalda. Una vez que los paneles de hidrogel se saturan durante el uso cotidiano, pueden abrirse mediante cremalleras o desacoplarse para introducirse en un módulo recolector compacto y plegable.

En este dispositivo, un aporte suave de energía térmica procedente de calor solar o de resistencias eléctricas de baja potencia hace que el hidrogel libere la humedad atrapada en forma de vapor. Dicho vapor se condensa a lo largo de canales internos y se almacena en un depósito integrado.

Los análisis de laboratorio confirman que el líquido recolectado cumple con los estándares de seguridad de agua potable establecidos por la Organización Mundial de la Salud y no requiere filtración química adicional antes de su consumo.

El desarrollo de esta prenda coincide con otra innovación del mismo equipo, esta vez publicada en la revista Nature Water. En este artículo los investigadores presentaron una unidad portátil de recolección de agua alimentada por energía solar basada en una tecnología que obtuvo el primer premio en la National Collegiate Inventors Competition (el concurso nacional de inventores universitarios de EE. UU.).

• Atrapanieblas y arpas de niebla. Basados en la condensación pasiva, estos sistemas emplean mallas o hilos paralelos inspirados en la naturaleza para capturar microgotas de agua en zonas costeras o montañosas con presencia de niebla, como los proyectos desarrollados en Chile.
• Polímeros superabsorbentes e hidrogeles. Desarrollos como los investigados por el MIT aprovechan polímeros capaces de capturar moléculas de vapor atmosférico incluso en condiciones de baja humedad para posteriormente liberar agua líquida mediante calentamiento solar.
• Nanomateriales y cristales biomiméticos. Tecnologías como los cristales Janus o las membranas bioinspiradas en las espinas de los cactus y los escarabajos del desierto, diseñadas por instituciones como la Universidad de Nueva York, que optimizan la condensación pasiva sin necesidad de aporte energético externo.

De forma realista, es probable que estas soluciones no lleguen a implantarse de forma masiva, pero sí que tienen el potencial de convertirse en un aliado de comunidades aisladas o en una herramienta en situaciones de emergencia, así como una tecnología básica para viajeros en zonas áridas.

Fuentes:

• SciTech Daily