Bloomberg — La científica Heng Su, desvela en un laboratorio ubicado en un almacén del sur californiano lo que puede convertirse en una solución mundial a la crisis del agua.
Se trata de un pequeño objeto portátil de apariencia sencilla, compuesto por aletas blancas superpuestas que se asemejan a un antiguo radiador en de esos que había en los apartamentos.
Sin embargo, cuando Su lo coloca en una balanza, en unos segundos gana peso de forma silenciosa. A medida que transcurren los minutos, se vuelve cada vez más pesado. La razón es que el aparato recoge de forma invisible moléculas de agua del aire circundante.
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A unos pocos metros de distancia, cuatro de los recolectores de agua se sitúan dentro de un recinto de plástico con forma de pajarera transparente. El aire caliente de su interior desplaza las moléculas de H₂O de los recolectores y un condensador convierte el vapor de agua en líquido, que cae en un vaso de precipitados.
Esta tecnología, denominada estructuras orgánicas metálicas (MOF, por sus siglas en inglés), no necesita electricidad y permite producir agua solo con la luz solar del ambiente. Se trata de la visión de la startup Atoco, con base en Irvine, sobre la forma de proporcionar agua en un planeta cada vez más árido.
Este prototipo de laboratorio está concebido para generar solo unos mililitros de agua, pues los científicos están perfeccionando la tecnología.
Los planes de la empresa son construir una versión comercial a gran escala que podría generar miles de litros de agua ultrapura diarios para alguna comunidad. Un dispositivo del mismo tamaño que un aparato de aire acondicionado residencial podría suministrar agua a su hogar.
“Se puede obtener agua del aire en cualquier rincón del mundo, durante cualquier época del año, con independencia del nivel de humedad, y sin huella de carbono”, sostiene Omar Yaghi, fundador de Atoco en 2021 y profesor de química de la Universidad de California en Berkeley, pionero de los MOF.
La mitad de la población mundial sufre escasez de agua y el 25% sufre niveles extremadamente altos de estrés hídrico, según un análisis de las Naciones Unidas de 2024. Incluso en un lugar rico como California, que cuenta con la quinta economía más grande del mundo, casi un millón de residentes carecen de acceso a agua potable , según un informe de junio .
Mientras tanto, las olas de calor y las sequías impulsadas por el cambio climático están exacerbando la escasez de agua en todo el mundo, sin perdonar ni a ricos ni a pobres, y tormentas más intensas y frecuentes pueden dejar fuera de servicio las plantas de tratamiento de agua.
Pero incluso los cielos más secos contienen agua. El Servicio Geológico de Estados Unidos estima que la atmósfera contiene 12.900 kilómetros cúbicos de agua, o aproximadamente el 14% de lo que se encuentra en los lagos del mundo. Los MOF ofrecen una forma única de recolectar parte de ella.
Al igual que la Tardis de Doctor Who, el material es más grande en el interior.
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Un gramo de MOF puede tener la superficie de un campo de fútbol. Imagine, dice elCEO de Atoco, Samer Taha, que toma un trozo de papel y lo arruga lo más que pueda. Ahora tiene una fracción de su tamaño original, pero conserva la misma superficie dentro de los pliegues.
Eso es lo que Atoco está haciendo a nivel molecular: diseñando estructuras cristalinas a escala nanométrica llenas de cavidades porosas. Sus MOF están hechos de elementos que atraen moléculas específicas, como el H₂O.
La empresa comienza a preparar sus MOF en una pequeña habitación junto al laboratorio principal de su sede central. Allí, un líquido ámbar hierve en un vaso de precipitados junto a una centrífuga que lo reducirá a un polvo fino.
Aquí es donde los químicos están creando moléculas orgánicas “enlazadoras”, que conectan las moléculas metálicas y brindan estabilidad a la estructura cristalina del MOF. Las moléculas inorgánicas forman cavidades que sirven como tanques de agua microscópicos para las moléculas de H₂O extraídas de la atmósfera. Las primeras moléculas de agua que se adhieren al interior de las cavidades se convierten en “semillas” a las que se unen otras.
Los MOF están hechos principalmente de elementos comunes como el carbono, el nitrógeno, el hidrógeno, el cobre y el aluminio. Pero Taha dice que algunas de las moléculas especializadas que Atoco necesita pueden ser caras debido a su escasez, y sus científicos están trabajando para sintetizarlas internamente en un esfuerzo por reducir los costos.
En una habitación adyacente, varios barriles están en el suelo. El científico senior Jacob Kanady abre la tapa de uno, que está lleno de un polvo blanco hecho de estructuras cristalinas idénticas a escala nanométrica. Cuando se agrega un aglutinante, el polvo se solidifica para que pueda moldearse en aletas para el recolector de agua del laboratorio.
Los métodos convencionales para extraer agua de la atmósfera se basan en enfriar el aire hasta que el vapor de agua se vuelve líquido, un proceso que consume grandes cantidades de electricidad.
Tampoco es eficaz en entornos con baja humedad. Otra opción para producir agua en regiones áridas es la desalinización, que requiere una enorme cantidad de energía, afecta a la vida marina y deja residuos de salmuera.
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Los MOF superan esos obstáculos y producen agua purificada in situ utilizando poca o ninguna electricidad. En opinión de Yaghi, son una tecnología revolucionaria. “Por primera vez en la historia de la humanidad, se pueden modificar materiales a nivel atómico y molecular y diseñarlos con precisión para que sean adecuados para una aplicación particular”, afirma.
Otras empresas emergentes están desarrollando MOF para la recolección de agua atmosférica. Sin embargo, Atoco tiene una ventaja: Yaghi desarrolló el material y ha seguido perfeccionándolo mientras trabajaba en un campo conocido como química reticular.
“Los avances que el profesor Yaghi ha logrado durante la última década nos mantienen por delante de la competencia”, dice Taha. Se negó a decir cuándo Atoco lanzará su tecnología al mercado, pero señala que “no falta mucho”.
El desafío que enfrentan Atoco y sus competidores es desarrollar procesos rentables para producir MOF en masa, según Laura Gagliardi, profesora de química e ingeniería molecular en la Universidad de Chicago que ha colaborado con Yaghi.
Atoco se negó a hacer comentarios sobre el precio de fabricación de sus MOF a gran escala, pero dice que la empresa está en camino de cosechar agua a 1 centavo o menos por litro.
“Trabajé con esta gente el tiempo suficiente para comprender que esta tecnología funciona muy bien y se ha demostrado en el campo”, dice Gagliardi.
En agosto de 2022, Yaghi y sus colegas de la UC Berkeley probaron un prototipo de recolector de agua portátil en el Parque Nacional del Valle de la Muerte de California, uno de los lugares más cálidos y secos del planeta.
Por la noche, el recolector adsorbía moléculas de agua de la atmósfera. Durante el día, se liberaban cuando la luz del sol calentaba el recolector y luego un condensador licuaba el vapor de agua.
Con temperaturas a nivel del suelo que alcanzaban los 60°C (140°F) y una humedad promedio del 14%, el recolector producía entre 4 onzas (118 mililitros) y 7 onzas (207 mililitros) de agua al día, según un artículo de 2023 que los científicos publicaron en la revista Nature Water . Aunque no es suficiente para satisfacer las necesidades diarias de una persona promedio, ilustra la promesa de la tecnología.
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El agua del aire podría ser un elemento de cambio para las regiones cada vez más áridas y empobrecidas del mundo, donde la desalinización no es una opción y la recolección de agua atmosférica convencional es ineficaz debido a la baja humedad.
Los recolectores tradicionales también recogen la contaminación del aire junto con el vapor de agua, lo que requiere que el agua capturada se purifique con un costo adicional. Los MOF, por otro lado, están diseñados para atrapar solo moléculas de H2O, filtrando contaminantes y produciendo agua libre de nanoplásticos, químicos PFAS y otros tóxicos.
“Inicialmente, estamos centrando todos nuestros esfuerzos en abordar la escasez de agua y tratar de operar en condiciones áridas, lo que en realidad es nuestra ventaja competitiva porque podemos recolectar agua incluso en condiciones secas, mientras que otros no pueden”, dice Taha.
Atoco está diseñando recolectores de agua que solo necesitan luz solar para funcionar o que pueden funcionar con energía renovable. Eso permitiría que un recolector funcione cuando el sol no brille y también utilizar ventiladores para atraer más moléculas hacia los MOF, produciendo más agua en el proceso.
El ejército estadounidense ha impulsado estos esfuerzos estableciendo un programa de extracción de agua atmosférica . En 2020, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA, por sus siglas en inglés) otorgó una subvención de US$14 millones a General Electric (GE) para desarrollar tecnología MOF que pudiera suministrar agua a las tropas, y GE contrató a Yaghi y Gagliardi para asesorar y trabajar en el proyecto.
“El dispositivo electrificado que GE está entregando ahora a DARPA suministra 22 litros de agua por día, utilizando solo dos kilogramos de MOF”, dice Gagliardi. “Así que creo que todo esto es muy prometedor”.
En marzo, GE Verona, una filial del negocio energético de GE, anunció una empresa conjunta con la startup Montana Technologies llamada AirJoule para comercializar la tecnología.
La empresa ha desarrollado un recolector atmosférico de MOF que también proporciona aire acondicionado energéticamente eficiente mediante refrigeración por evaporación.
Una de las innovaciones de AirJoule es aprovechar el calor generado por los MOF que adsorben moléculas de H2O para extraerlas para su condensación. Un compresor de vacío y un condensador patentados transforman el vapor de agua en líquido.
Matt Jore, CEO de Montana Technologies, dice que dos grandes mercados potenciales para la tecnología de recolección atmosférica de AirJoule son el ejército estadounidense, que actualmente debe transportar agua en camiones a las tropas desplegadas en lugares remotos, y los centros de datos en rápida expansión, que consumen enormes cantidades de agua y electricidad para refrigeración y se han convertido en puntos críticos en regiones afectadas por la sequía .
“No se están permitiendo los centros de datos debido al consumo de agua, así que tenemos una gran oportunidad”, afirma.
Jore afirma que el coste de los MOF que utiliza ha bajado de US$5.000 el kilo (2,2 libras) a menos de US$50 el kilo. La empresa ha construido modelos de preproducción de la máquina y tiene intención de empezar a fabricar los dispositivos en 2025 para el mercado del aire acondicionado.
Mientras que AirJoule considera a sectores específicos como clientes potenciales, Taha, de Atoco, piensa en un mercado más amplio. El mercado, dice, es cualquiera “que quiera tener un suministro de agua constante, estable y pura y no quiera depender del agua que proviene del gobierno”.
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