Tecnologías que logran obtener agua potable del aire
El aire que respiramos contiene agua, en mayor o menor medida en función de la humedad ambiente. Ser capaces de extraerla aportaría soluciones a problemas de abastecimiento. Pero no es tarea fácil.
Todo el aire, desde los desiertos áridos hasta las ciudades húmedas, contienen vapor de agua.
Según se estima, en todo el planeta, el aire húmedo contiene 12.900 kilómetros cúbicos de agua, una cifra superior a los 11.600 kilómetros cúbicos que conforman el cauce del Lago Superior, el más grande de América del Norte, y que los 2.700 kilómetros cúbicos del Lago Victoria, el más grande de África.
Pero no estamos hablando de nubes, sino de la humedad del aire que respiramos, que reaparece como las gotas de agua que suda una lata de refresco frío o el rocío de la mañana sobre el césped.
Existe en la actualidad una carrera tecnológica por cosecharla como agua apta para beber. Si los dispositivos emergentes de "agua del aire" (WFA por sus siglas en inglés) lo consiguen, eso sería un gran avance en el camino para resolver los problemas mundiales de agua dulce.
Para 2025, se estima que dos tercios de la población mundial (que crece rápidamente) vivirá en condiciones de grave estrés hídrico.
Ya hay 2.100 millones de personas que viven sin agua potable. A los más pobres del mundo se les está cobrando de más por agua que saben que es insegura, pero no tienen más opción que bebérsela.
El agua contaminada causa medio millón de muertes por diarrea cada año. Mientras tanto, en los países más ricos (donde se consume más agua que en los pobres debido a la agricultura intensiva y la industria) el agua de los acuíferos subterráneos y cuencas está mermando a un ritmo mayor que el de reposición.
A esto se suma una cuestión de confianza, ya que los ciudadanos dudan de la calidad del agua que las autoridades les dicen que es segura.
En la ciudad de Flint, en Estados Unidos, se han detectado materiales radiactivos, arsénico y plomo en el agua de caño. Los consumidores de clase media están recurriendo al agua embotellada.
El mercado de agua embotellada ha crecido un 10% cada año desde 2013, llegando a 391.000 millones de litros vendidos en 2017 (eso es más que 150.000 piscinas olímpicas).
Una fuente alternativa viable de agua dulce es desesperadamente necesaria para reducir enfermedades y pobreza y a la vez muy atractiva para los consumidores.
Obtener agua del aire no es un concepto muy novedoso, puede que tengas en casa un deshumidificador que haga precisamente eso. Pero el agua que capta no está limpia, no contiene los materiales que necesitamos y requiere una energía excesiva para abastecer una casa y menos aún una comunidad.
Hay varias compañías que, sin embargo, están adaptando la tecnología deshumidificadora para obtener agua potable.
Los deshumidificadores mecánicos contienen serpentines de metal llenos de un gas refrigerante, muy parecido al congelador de la refrigeradora, que crea un punto de condensación (la temperatura a la cual el vapor de agua del aire se satura y pasa de un estado gaseoso a uno líquido).
El vapor de agua que entra en un WFA se condensa en un serpentín refrigerante de la misma forma, pero una vez recogido, es filtrado, esterilizado por una luz ultravioleta, mineralizado y almacenado en un tanque de calidad alimentaria, lista para beber.
Varias iniciativas
Roland Wahlgren, un consultor canadiense especializado en agua, mantiene un directorio actualizado de las últimas innovaciones en WFA en su página web Atmoswater.com.
De las 71 compañías activas de su base de datos, 64 están dedicadas a la refrigeración mecánica, lo que la hace la tecnología dominante en el mercado.
Wahlgren estima que el consumo de energía típico está en alrededor de 0,4 kilovatios hora por litro (que cuesta US$0,052 según los precios actuales de la electricidad).
La empresa sudafricana Water from Air (agua del aire), fabrica una fuente de agua para el hogar que es capaz de producir 32 litros al día. Su ventaja respecto a las fuentes tradicionales es que no hay que estar reemplazando constantemente los toneles de plástico cuando el agua se acaba, sino que esta continua extrayéndose del aire.
La empresa india WaterMaker vende una variedad de modelos que van desde unos pequeños hasta otros del tamaño de un camión "ideales para pueblos o comunidades cerradas".
Sin embargo, hay algunas condiciones que son importantes para que estos dispositivos funcionen al máximo.
La eficiencia, por ejemplo, depende de la humedad relativa: la cantidad de agua presente en el aire, como un porcentaje del volumen necesario para alcanzar la saturación.
Para la mayoría de dispositivos, esa cifra está por encima del 60% para un funcionamiento óptimo, lo cual está bien si vives en Costa Rica, donde la humedad suele ser del 90% o más. Pero no es ideal para quienes viven en Irán, donde esta puede caer al 17%.
No obstante, una nueva compañía británica, Requench, incursionará en el mercado este año con una unidad que es literalmente del tamaño de un contenedor marítimo y supuestamente puede funcionar con una humedad relativa de solo el 15%. El prototipo produce 2.000 litros al día en condiciones húmedas y no menos de 500 litros incluso en climas secos.
Otra solución puede proceder de una tecnología de WFA totalmente diferente.
En vez de serpentines de refrigeración, un material "desecante" absorbe agua del aire como una esponja química y no necesita energía para hacerlo.
Este tipo de tecnología acaba de trasladarse del campo de la investigación y el desarrollo a los productos comerciales, dice Wahlgren: "Los sistemas desecantes pueden hacerse de materiales menos caros de modo que el precio de venta al público por la misma capacidad de producción de agua puede ser más bajo... [y puede] trabajar con menos humedad que los deshumidificadores mecánicos".
Como el azúcar
Zero Mass Water fue fundada por Cody Friesen, profesor adjunto de materiales científicos de la Universidad Estatal de Arizona en 2014. Su producto, Source, usa un desecante dentro de un pequeño panel solar de techo al que él llama "hidropanel".
"Nuestro desecante fue desarrollado por mi grupo de investigación de la Universidad Estatal de Arizona", explica Friesen, cuya infancia en el desierto de Arizona le dio una afinidad natural a la conservación del agua.
"Necesitas algo que absorba el agua en condiciones de humedad muy bajas, incluso al 5% de humedad. Por ejemplo, cuando dejas el azucarero destapado, el azúcar se pone grumosa. El azúcar es un desecante natural, pero actúa muy lentamente. Ahora, imagina un material de diseño capaz de hacerlo muy rápidamente".
Su material es un secreto comercial, pero sí puede revelar que incluye una mezcla de cloruro de litio e iones orgánicos.
El panel solar en sí mismo contiene algún material fotovoltaico, que lleva un pequeño ventilador para jalar aire a través del sistema.
Pero, en general, es un sistema térmico solar, esto evapora el agua de vuelta a la esponja química para que sea condensada y recogida. No necesita un serpentín refrigerante para condensarla porque puede usar la temperatura ambiente exterior, que es más fría.
Con un precio inicial de US$4.000, Source produce un promedio de 3 a 5 litros al día, mucho menos que los refrigerantes mecánicos.
Pero es mucho menos intensa en materia de energía, requiriendo solo 100W de una fuente de energía alternativa.
Water From Air, en cambio, necesita 500W y niveles de humedad del 80-95% para producir entre 25 a 30 litros al día. Diseñada tanto para verse bien como para hacer bien, Friesen quiere que Source atraiga a esos consumidores que ya están gastando cientos de dólares al año en agua embotellada.
"Cada año, se venden medio billón de litros de agua embotellada. Hagamos que esa cifra caiga", dice. "La huella de carbono asociada al plástico es masiva".
A los cinco años de haber comprado un Source, el precio medio por litro pasa a ser de US$0,16, reemplazando unas 30.000 botellas de plástico de 500 mililitros.
Hasta ahora, sus mayores clientes han sido casas rurales de Estados Unidos y Australia, pero también escuelas en México, un orfanato en Líbano y una estación de bomberos en Puerto Rico. (Después del huracán de 2017, un bombero le dijo a Friesen: "Cuando se vayan los militares... la única fuente de agua potable que tendremos será esta).
Una torre de agua
Pero existe otro WFA que no requiere nada de electricidad de ningún tipo y que fue diseñado en una de las regiones más pobres del mundo. En la Etiopía rural, Togo y, pronto, Haití, se erige una Torre Warka, de cerca de 10 metros de altura.
Con apariencia de haber sido sacada de un festival de música, tiene una estructura con forma de florero gigante de bambú que sostiene a cientos de metros cuadrado de fina malla de poliéster.
Esta recoge la neblina de la mañana, que chorrea a un tanque subterráneo a través de un sistema de filtración a base de piedra.
El arquitecto italiano que lo diseñó, Arturo Vittori, tuvo la idea mientras diseñaba una base lunar para la NASA. "Cuando diseñas para un clima tan extremo como el espacio exterior, tienes que traer el agua desde la Tierra y luego reciclarla y reutilizar el agua en un sistema cerrado... Lo mismo pasa en nuestro planeta pero el ciclo del agua lo hace naturalmente para nosotros".
La primera Torre Warka se erigió en Etiopía en 2015. Cuando las nieblas estacionales llegan, la torre produce agua constantemente.
"Pero incluso cuando no hay lluvia ni niebla, la condensación nocturna todavía se da", afirma Vittori. "La capacidad de nuestro tanque de agua varía de los 1.600 litros hasta los 100.000".
La torre fue construida por pobladores locales usando métodos tradicionales y bambú, un material local.
"Ahora, en Haití y Togo estamos experimentando con [otros] materiales locales... incluso con las hojas de palma".
La Torre Warka es un "enfoque diferente" a los WFA, dice: "Se trata de entender las tradiciones locales y los materiales… Es mucho más que una máquina en el fondo de un maletero de auto. Es cero energía, no hay partes mecánicas, todo se mueve gracias a la gravedad, aire y viento".
Esta cosecha de rocío, sin embargo, necesita que haya una humedad muy alta y niebla.
Wahlgren señala que esta técnica (también conocida como enfriamiento radiativo) solo puede aplicarse en "sitios específicos… solo hay un número determinado de lugares en la Tierra en los que puede funcionar".
Para estos lugares limitados, el enfoque de Warka es admirable: es fácil de mantener usando las mismas capacidades y materiales que se usaron para instalarlo. Vittori espera que los artesanos locales construyan más dispositivos de estos en los pueblos de los alrededores sin necesidad de que él participe.
Pero si el objetivo final es dar servicio a las 2.100 millones de personas que no tienen acceso a agua potable, entonces las Torres Warka nunca serán la solución por sí solas.
Vittori calcula que una sola torre pequeña de cinco metros abastecería a alrededor de 50 personas y su construcción costaría US$3.000.
Una más grande, de 25 metros, costaría US$30.000 y abastecería a cerca de 250 personas (aunque, claramente, implicaría un cambio significante en el paisaje).
En las noches más secas, la torre no abastece de agua al tanque que lleva debajo. Refrigerantes y desecantes, mientras tanto, pueden extraer constantemente agua a un volumen mucho mayor: puede que no sea con energía cero, pero soluciones solares como Zero Mass Water pueden resultar energéticamente neutrales y alternativas a la red central.
Podrían ser grandes abastecedores de agua en un futuro cercano.
Puede que muchas más innovaciones estén por venir. La competencia internacional de innovación XPRIZE, que en años anteriores giró en torno a la inteligencia artificial y los vuelos espaciales, ofrece en la actualidad US$1,75 millones por la mejor nueva invención para "extraer agua dulce del aire".
Incluso hay sugerencias de que los WFA puedan ser hechos del tamaño de una planta de desalinización o una granja solar.
Pero, ¿tener campos llenos de WFA puede tener desventajas? ¿Podrían afectar las lluvias locales y la formación de nubes?
Desde Arizona, Friesen se ríe. Incluso si cada persona tuviera un WFA, dice, este no usaría todo el vapor de agua que viene del humo del tráfico, "así que no tenemos el problema ni siquiera de acercarnos a tener un impacto en los sistemas climáticos".
Tal vez los refrigeradores renovados, las esponjas químicas y las torres gigantes de bambú recogiendo agua del aire puedan parecernos raras ahora. Pero nuestro sistema actual de agua terrestre está fallando y necesitamos nuevas soluciones.