Generador de agua atmosférica

Un generador de agua atmosférica ( AWG , por sus siglas en inglés) es un dispositivo que extrae agua del aire húmedo del ambiente, produciendo agua potable . El vapor de agua en el aire se puede extraer ya sea por condensación (enfriando el aire por debajo de su punto de rocío ), exponiendo el aire a desecantes , utilizando membranas que solo dejan pasar el vapor de agua, recolectando niebla ^[1] o presurizando el aire. Los AWG son útiles donde es difícil obtener agua potable, porque el agua siempre está presente en el aire ambiente.

El AWG puede requerir un importante aporte de energía o funcionar de forma pasiva, dependiendo de las diferencias naturales de temperatura . Los estudios de biomimetismo han demostrado que el escarabajo Onymacris unguicularis tiene la capacidad de realizar esta tarea. ^[2]

Un estudio informó que los AWG podrían ayudar a proporcionar agua potable a mil millones de personas. ^{[3] [4] [5]}

Los incas pudieron mantener su cultura por encima de la línea de lluvia recolectando rocío y canalizándolo hacia cisternas . ^[6] Los registros indican que usaban vallas de niebla para recolectar agua . Estos métodos tradicionales eran pasivos, no empleaban ninguna fuente de energía externa y dependían de las variaciones de temperatura que ocurrían naturalmente. ^{[ cita requerida ]}

En 2022, el Ejército y la Marina de los EE. UU. contrataron tecnología de extracción basada en salmuera a Terralab y la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias (FEMA). ^[7]

El programa de extracción de agua atmosférica de DARPA tiene como objetivo desarrollar un dispositivo que pueda proporcionar agua a 150 soldados y ser transportado por cuatro personas. En febrero de 2021, General Electric recibió 14 millones de dólares para continuar el desarrollo de su dispositivo. ^[8]

En 2022, se demostró un desecante a base de celulosa / goma konjac que producía 13 L/kg/día (1,56 galones estadounidenses/lb/día) de agua con una humedad del 30 %, y 6 L/kg/día (0,72 galones estadounidenses/lb/día) con una humedad del 15 %. El desecante libera el agua cuando se calienta a 60 °C (140 °F). ^{[9] [7]}

En 2024, los investigadores anunciaron un dispositivo que utilizaba aletas verticales espaciadas a 2 mm (0,08 pulgadas) de distancia. Las aletas son láminas de cobre, envueltas en espumas de cobre recubiertas con una zeolita . El agua se libera cuando las láminas de cobre se calientan a 184 °C (363 °F). Las aletas se saturan en aire con un 30% de humedad una vez por hora. Calentada cada hora, la cosechadora puede producir 5,8 L (1,5 gal)/día por kilogramo (2,2 lb) de material. ^{[6] [8]}

Los sistemas basados ​​en refrigeración son los más comunes, mientras que los sistemas higroscópicos muestran resultados prometedores. Los sistemas híbridos combinan adsorción , refrigeración y condensación. ^{[10] [11]} Los pozos de aire son otra forma de recolectar humedad de forma pasiva.

Los sistemas de condensación son el método más común. Utilizan un compresor para hacer circular el refrigerante a través de un condensador y un serpentín evaporador para enfriar el aire circundante. Una vez que el aire alcanza su punto de rocío , el agua se condensa en el colector. Un ventilador empuja el aire filtrado sobre el serpentín. Un sistema de purificación/filtración elimina los contaminantes y reduce el riesgo que suponen los microorganismos ambientales. ^[12]

La tasa de producción de agua depende de la temperatura ambiente, la humedad, el volumen de aire que pasa por la bobina y la capacidad de enfriamiento de la máquina. Los AWG se vuelven más efectivos a medida que aumentan la humedad relativa y la temperatura del aire. Como regla general, los AWG de condensación de enfriamiento no funcionan de manera eficiente cuando la temperatura ambiente cae por debajo de los 65 °F (18 °C) o la humedad relativa cae por debajo del 30%.

El efecto Peltier de los materiales semiconductores ofrece un sistema de condensación alternativo en el que un lado del material semiconductor se calienta mientras el otro lado se enfría. En este enfoque, el aire se envía a través de los ventiladores de refrigeración del lado de refrigeración, lo que reduce la temperatura del aire. Los semiconductores de estado sólido son convenientes para unidades portátiles, pero esto se ve contrarrestado por una baja eficiencia y un alto consumo de energía. ^[13]

La generación se puede mejorar en condiciones de baja humedad utilizando un enfriador evaporativo con un suministro de agua salobre para aumentar la humedad. Los invernaderos son un caso especial porque el aire interior es más cálido y húmedo. Algunos ejemplos incluyen el invernadero de agua de mar en Omán y el invernadero IBTS .

Los acondicionadores de aire deshumidificadores producen agua no potable. El serpentín del evaporador, relativamente frío (por debajo del punto de rocío), condensa el vapor de agua del aire procesado.

Cuando funciona con electricidad a base de carbón, tiene una de las peores huellas de carbono de cualquier fuente de agua (superando a la desalinización de agua de mar por ósmosis inversa en tres órdenes de magnitud ) y requiere más de cuatro veces más agua en la cadena de suministro de la que entrega al usuario. ^[14]

Las técnicas higroscópicas extraen agua del aire mediante absorción o adsorción , lo que deseca el aire. Los desecantes pueden ser líquidos ("húmedos") o sólidos. Deben regenerarse (normalmente de forma térmica) para recuperar el agua.

El método más eficiente y sostenible es utilizar un refrigerador de adsorción alimentado por energía solar térmica , que supera a los sistemas alimentados con energía fotovoltaica . ^[15] Estos sistemas pueden utilizar el calor residual, por ejemplo, para bombear o para el funcionamiento nocturno, cuando la humedad tiende a aumentar.

En 2024, una tecnología de recolección de agua atmosférica basada en sorción que utiliza un lecho de adsorción de matriz de aletas alimentado por calor residual de alta densidad demostró 5,8 litros por kg de sorbente por día con una humedad del 30 % a través de un lecho adsorbente de 1 l y adsorbentes comerciales. ^[16]

Los ejemplos de desecantes líquidos incluyen cloruro de litio , bromuro de litio , ^[17] cloruro de calcio , cloruro de magnesio , formato de potasio , trietilenglicol y [EMIM][OAc]. ^[18]

La salmuera concentrada puede servir como desecante. La salmuera absorbe agua, que luego se extrae y se purifica. Algunas versiones producen 5 galones de agua por galón de combustible. ^[19] La salmuera concentrada, que se hace pasar por el exterior de las torres, absorbe vapor de agua. Luego, la salmuera ingresa a una cámara, bajo un vacío parcial , y se calienta, liberando vapor de agua que se condensa y se recolecta. A medida que el agua condensada se elimina del sistema mediante la gravedad, crea un vacío que reduce el punto de ebullición de la salmuera. El sistema puede funcionar con energía solar pasiva . ^[20]

Los hidrogeles pueden capturar humedad (por ejemplo, durante la noche en un desierto) para enfriar paneles solares ^[21] o producir agua dulce. ^{[22] [23]} Una aplicación es regar cultivos ubicando el hidrogel junto a ^{[24] [25]} sistemas integrados de paneles solares o debajo de los paneles. ^{[26] [27] [28] [29] [30] [31]}

El gel de sílice y la zeolita desecan el aire presurizado. ^[32] Un dispositivo consume 310 vatios-hora (1100 kJ) por litro de agua. Utiliza una estructura de metal-orgánico de circonio /orgánico sobre una base de cobre poroso, adherida a un sustrato de grafito. El sol calienta el grafito, liberando el agua, que luego lo enfría. ^[33]

Un automóvil con pila de combustible de hidrógeno genera un litro de agua potable por cada 8 millas (12,87 kilómetros) recorridas al combinar hidrógeno con oxígeno ambiental. ^[34]

Se puede generar agua potable mediante paneles solares instalados en los tejados, utilizando energía solar y calor solar. ^{[35] [36] [37]}

A menos que el aire esté sobresaturado de humedad, se requiere energía para extraer agua de la atmósfera. La energía requerida es una función de la humedad y la temperatura. Se puede calcular utilizando la energía libre de Gibbs .

• Pozo de aire (condensador)  : edificio o dispositivo utilizado para recolectar agua condensando el vapor de agua presente en el aire.
• Deshumidificador  – Dispositivo que reduce la humedad
• Desalinización  – Eliminación de sales del agua
• Estanque de rocío  : Estanque artificial generalmente situado en la cima de una colina, destinado a abrevar al ganado.
• Captación de niebla  : recolección mecánica de agua de la niebla
• Captación de agua de lluvia  : acumulación de agua de lluvia para su reutilización
• Chimenea solar  – Ventilación mediante energía solar
• Alambique solar  – Sistema de destilación y purificación de agua mediante energía solar
• Watergen  – Empresa israelí de generación de agua atmosférica
• Potabilizadora  – Dispositivo utilizado para obtener agua potable por ósmosis inversa de agua de mar.
• Escasez de agua  – Situación en la que hay escasez de agua.