¡Hallazgo! Crean hidrogel salado que podría recolectar agua del aire en áreas desérticas

La creación de una sustancia coloide por ingenieros del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés) en EE. UU., tiene la peculiaridad de absorber grandes cantidades de vapor de agua, ya que puede al expandirse puede generar espacio para absorber más humedad.

Incluso en condiciones muy secas, con una humedad relativa del 30 %, el material puede extraer vapor del aire y retener la humedad sin fuga alguna. Luego, el agua podría calentarse y condensarse, para posteriormente recolectarse como agua ultrapura.

El material transparente y gomoso está hecho de hidrogel, un material naturalmente absorbente que también se usa en pañales desechables. El equipo mejoró la absorbencia del hidrogel al infundir cloruro de litio, un tipo de sal que se sabe que es un poderoso desecante.

Los investigadores descubrieron que podían infundir en el hidrogel más sal de la que era posible en estudios anteriores. Como resultado, observaron que el gel cargado de sal absorbida y retenida logra colectar una cantidad de humedad sin precedentes, en una variedad de niveles de humedad, inclusive en condiciones muy secas que han limitado hasta ahora a otros diseños de materiales.

De fácil acceso y transportación

Se puede fabricar rápidamente y a gran escala, el gel superabsorbente podría usarse como un recolector pasivo de agua, particularmente en las regiones desérticas y propensas a la sequía, donde el material podría absorber vapor continuamente, que luego podría condensarse en agua potable. Los investigadores también prevén que el material podría colocarse en las unidades de aire acondicionado como elemento deshumidificador que ahorra energía.

“Hemos sido independientes de las aplicaciones, en el sentido de que nos enfocamos principalmente en las propiedades fundamentales del material”, dice Carlos Díaz-Marin, estudiante de posgrado en ingeniería mecánica y miembro del Device Research Lab del MIT.

“Pero ahora estamos explorando problemas muy diferentes, cómo por ejemplo hacer que el aire acondicionado sea más eficiente y cómo se puede recolectar agua. Este material, por su bajo costo y alto rendimiento, tiene mucho potencial”.

Recolectando y absorbiendo agua

En el Laboratorio de Investigación de Dispositivos del MIT, se están diseñando materiales novedosos para resolver los desafíos mundiales de energía y agua. Al buscar materiales que puedan ayudar a recolectar agua del aire, el equipo se centró en los hidrogeles, geles elásticos y resbaladizos que están hechos principalmente de agua y polímero reticulado. Los hidrogeles se han utilizado durante años como material absorbente en pañales porque pueden hincharse y absorber una gran cantidad de agua.

Él y sus colegas buscaron en la literatura y descubrieron que otros habían experimentado mezclando hidrogeles con varias sales. Ciertas sales, como la sal de roca que se usa para derretir el hielo, son muy eficientes para absorber la humedad, incluido el vapor de agua. Y el mejor entre ellos es el cloruro de litio, una sal que es capaz de absorber más de 10 veces su propia masa en humedad.

Por lo tanto, los investigadores han intentado infundir la sal en hidrogel, produciendo un material que podría retener la humedad e hincharse para acomodar más agua. “Es lo mejor de ambos mundos”, dice Graeber, quien ahora es investigador principal en la Universidad Humboldt de Berlín. “El hidrogel puede almacenar mucha agua y la sal puede capturar mucho vapor. Así que es intuitivo que quieras combinar los dos”.

Pruebas y experimentación con el hidrogel

Las muestras con mejor rendimiento hasta la fecha fueron los hidrogeles que se infundieron con 4 a 6 gramos de sal por gramo de polímero. Estas muestras absorbieron alrededor de 1.5 gramos de vapor por gramo de material en condiciones secas de 30 % de humedad relativa.

En investigaciones pasadas investigadores habían sintetizado previamente muestras sumergiendo hidrogeles en agua salada y esperando que la sal se infundiera en los geles. Pero, la mayoría de los experimentos terminaron después de 24 a 48 horas, por lo que encontraron que el proceso era demasiado lento y que no terminaba mucha sal en los geles.

El equipo del MIT llevó a cabo experimentos con poliacrilamida (un hidrogel común) y cloruro de litio (una sal superabsorbente). Después de sintetizar tubos de hidrogel a través de métodos de mezcla estándar, los investigadores cortaron los tubos en discos delgados y colocaron cada disco en una solución de cloruro de litio con una concentración de sal diferente.

Al final, descubrieron que, de hecho, con más tiempo, los hidrogeles absorben más sal. Después de sumergirse en una solución salina durante 30 días, los hidrogeles se incorporaron hasta 24, frente al récord anterior de 6 gramos de sal por gramo de polímero.

Luego, el equipo sometió varias muestras de los geles cargados de sal a pruebas de absorción en una variedad de condiciones de humedad. Descubrieron que las muestras podían hincharse y absorber más humedad en todos los niveles de humedad, sin fugas. En particular, el equipo informa que en condiciones muy secas de 30 % de humedad relativa, los geles capturaron un "récord" de 1.79 gramos de agua por gramo de material.

“Cualquier desierto durante la noche tendría esa baja humedad relativa, por lo que posiblemente este material podría generar agua en el desierto”, dice Díaz-Marin, quien ahora está buscando formas de acelerar las propiedades superabsorbentes del material.

“La gran sorpresa inesperada fue que, con un enfoque tan simple, pudimos obtener la mayor absorción de vapor reportada hasta la fecha”, dice Graeber. “Ahora, el enfoque principal será la cinética y qué tan rápido podemos hacer que el material absorba agua. Eso le permitirá reciclar este material muy rápidamente, de modo que en lugar de recuperar agua una vez al día, podría recolectar agua tal vez 24 veces al día”.