Obtener agua dulce a partir del vapor de agua presente en el aire utilizando residuos industriales fue el objetivo de la investigación de una ingeniera de petróleos y próximamente magíster en ingeniería química de la UNAL Medellín. Esta iniciativa surgió de su preocupación por los indicadores de mortalidad infantil y de las madres gestantes en Colombia, a causa de la escasez de agua potable en puntos de alto estrés hídrico.

La caja de “cristal” se abre durante la noche para capturar el agua que es liberada en el día. Foto cortesía de Dahiana Galeano Cano.

La síntesis de carbones activados, a partir de residuos plásticos PET, y el desarrollo de un dispositivo similar a una caja de cristal, que permiten la adsorción del vapor de agua presente en el aire para la producción de agua dulce, “es el granito de arena” de la estudiante Dahiana Galeano Caro en la búsqueda de soluciones sostenibles y sustentables que permitan, en el tiempo, proveer de agua potable a las comunidades alejadas o que están en puntos de alto estrés hídrico; es decir, lugares donde la demanda de agua es más alta que la cantidad disponible o donde el suministro es intermitente.

“El proyecto se basó, primero, en la síntesis de estos materiales que son sostenibles y amigables con el medio ambiente y, segundo, en la evaluación de la capacidad de adsorción y producción de agua. Esto se hizo a escala de laboratorio, donde se tuvo una capacidad de adsorción de agua muy por encima de lo que se ha publicado en la literatura. En comparación con otros materiales de la misma naturaleza química, de los que se ha obtenido una capacidad de adsorción de 0,7 g/g, es decir, gramo de agua por gramo de material seco, para nuestro material fue de aproximadamente 1,5 gramos de agua por gramo de material seco, esto quiere decir que se pudo obtener una capacidad adsortiva de agua del doble en comparación a lo referenciado en la literatura hasta el momento”, explica Dahiana Galeano.

Para las pruebas de campo se construyó un dispositivo muy simple: “Una caja de acrílico que se abre para adsorber el agua del medio ambiente y después se cierra para desorber el agua y permitir un proceso de condensación. Esto se logra, pues las paredes del dispositivo están aisladas térmicamente. Es simple y de fácil mantenimiento y uso porque está previsto para ser utilizado en estas comunidades”, agrega la futura magíster en ingeniería química de la UNAL Medellín.

Las pruebas de los desarrollos se realizaron en tres ambientes: Santa Fe de Antioquia, el Desierto de la Tatacoa en Huila y en Medellín, con el objetivo de evaluar diferentes humedades relativas y diferentes temperaturas de adsorción, desorción y condensación en la caja. Adsorción se entiende como el proceso de captura del agua (que se hace en las horas de la noche) y desorción como la liberación de esa agua que se adsorbió (durante las horas del día).

“Todos estos ambientes determinaron diferentes condiciones que pueden ocurrir en el día a día, pudimos condensar agua aún en condiciones de baja velocidad del viento ya que, a menor velocidad del viento, menor es la cantidad de agua que pasa sobre el material y a temperaturas de desorción bajas, cercanas a los 30 °C. Es decir, que, aunque en las horas del día haya alta nubosidad, el dispositivo va a poder generar agua dulce”, señala Galeano Caro.

De acuerdo con los resultados de las simulaciones, gracias a la caja y el material desarrollado, se puede producir alrededor de un litro de agua al día. Actualmente, el diseño del dispositivo se está optimizando para que integre una rueda deshumidificadora que permita un mayor flujo de aire y condensar más agua en menos tiempo.

“Probamos un material comercial, una sílice no porosa funcionalizada con CaCl2 y se alcanzó a producir 300 litros al día, mientras que, con nuestro material, cuando se funcionaliza con la rueda deshumidificadora, puede producir alrededor de 900 litros al día”, indica Dahiana, ingeniera de petróleos.

Del plástico al agua

Inicialmente, el trabajo se enfocó en evaluar la efectividad de un material base sílice no porosa para obtener agua a partir de la deshumidificación del aire por ser más compatible con las moléculas de agua. Sin embargo, la investigadora encontró una oportunidad en los desechos industriales de plástico PET (tereftalato de polietileno), que es altamente contaminante debido a que el 42% del plástico producido es de un solo uso, según lo indicó la investigadora.

“Vi que a partir de residuos PET podía sintetizar los carbones activados, esos carbones activados tienen una alta área superficial que hace que pueda adsorber diferentes compuestos. Normalmente, se utilizan para remover las impurezas de las aguas residuales, sin embargo, en este caso, evaluamos la deshumidificación del aire, es decir, captar el vapor de agua que está presente en el aire, adsorberlo y después producirlo”, comenta Dahiana Galeano.

Además de esto, se realizó una modificación superficial de los carbones activados a partir de residuos PET con ácido nítrico. “El ácido nítrico queda fuertemente enlazado a la superficie del carbón activado y es muy afín a moléculas polares, por lo que pueden adsorber gran cantidad de agua”, complementa.

Productor de agua y su propia energía

El dispositivo evaluado funciona con energía eléctrica, sin embargo, el siguiente paso de la investigación será conectarlo a una unidad de energía solar debido a que en las zonas de alto estrés hídrico hay una radiación muy alta en las horas del día, que puede ser aprovechable para que el sistema completo sea sostenible.

Otro objetivo a corto y mediano plazo es que este produzca energía para su propio funcionamiento y sub-productos de alto valor energético.

“La idea es darle a la síntesis de los materiales un valor agregado, pues de esta también se puede producir hidrógeno y metanol, dos compuestos de alto valor que pueden ser reutilizados como fuentes de energía. Queremos masificar la tecnología, sin embargo, estamos buscando apoyo en entidades y otras universidades que nos permitan tener un grupo interdisciplinario para poder tecnificar lo que ya hemos conseguido a escala de laboratorio y un poco a escala de campo con el dispositivo que se diseñó”, enfatiza la investigadora.

¿Qué falta para proveer de agua potable a una comunidad?

Una persona gasta alrededor de 80 litros de agua al día y producir esta cantidad con el dispositivo diseñado exigiría un costo energético muy alto.

“Este dispositivo que ya tenemos probado en condiciones ambientales solo puede producir un litro al día. En primera estancia, hemos querido que sea para un núcleo familiar que corresponde a cuatro personas, para estos, 900 litros diarios podrían suplir las necesidades básicas y un poco más. Sería acoplar al material desarrollado a un equipo que permita un flujo de aire bastante elevado y la condensación, porque con el diseño inicial no se podría suplir el requerimiento de agua que una persona necesita al día”, argumenta Dahiana Galeno.

Según el estudio, es necesario realizar análisis fisicoquímicos y microbiológicos del agua producida a través de estos desarrollos, para determinar la potabilidad de esta.

La investigadora cuenta que tuvo la oportunidad de socializar este proyecto con una población de la Guajira que carece de agua potable y “tomaron muy bien este desarrollo de la tecnología. Vemos una necesidad latente que puede ser suplida con el desarrollo y optimización de la técnica que estamos empleando para la producción de agua dulce”.

La tesis de grado Desarrollo de materiales carbonosos obtenidos por transformación termoquímica de residuos industriales para la producción de agua dulce a partir de la deshumidificación del aire contó con la ayuda del Grupo de Investigación en Fenómenos de Superficie Michael Polanyi de la UNAL Medellín, para la ejecución de las pruebas experimentales.

También, con el apoyo de la Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín, a través del proyecto 49192 de "UN INNOVA", una convocatoria de proyectos para el fortalecimiento de la innovación en la UNAL, a partir del desarrollo de prototipos y experiencias piloto 2019-2021.

(FIN/JRDP)

29 de abril de 2024