¿Agua para todo el planeta? Hay que mezclar calcio y grafeno

Un informe de las Naciones Unidas estima que 2.200 millones de personas carecen de agua potable en nuestro planeta. Gran parte de ellos tiene que ver con la ausencia de plantas potabilizadoras, una fuente cercana de agua o una infraestructura deficiente. Pero puede que haya una solución, de acuerdo con un reciente estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences: extraer agua del aire.

Pese a que dicho así parece una utopía, la realidad es que en nuestro planeta hay alrededor de 13 millones de gigalitros (un 1 seguido de 9 ceros) de agua suspendida en la atmósfera. Si bien esto representa solo una fracción del total de agua en la Tierra, sigue constituyendo una fuente sustancial de agua dulce. Tanto como para que, a los 2.200 millones de personas sin acceso a agua, le correspondan casi 6 millones de litros.

El estudio, liderado por Xiaojun Ren, describe un nanomaterial ligero como una pluma capaz de extraer agua potable del aire o mejor dicho del vapor de agua presente en el aire. El equipo de Ren, sostiene que este material, un aerogel de óxido de grafeno y calcio, puede retener más de tres veces su peso en agua y lograrlo mucho más rápido que las tecnologías comerciales existentes. Estas características le permiten tener aplicaciones directas para la producción de agua potable a partir del aire.

El estudio forma parte de una colaboración internacional liderada por el Centro de Excelencia para la Ciencia e Innovación del Carbono del Consejo Australiano de Investigación, la Universidad de Nueva Gales del Sur, el experto Rakesh Joshi, y el Premio Nobel, Sir Kostya Novoselov.

“Nuestra tecnología tendrá aplicación en cualquier región donde tengamos suficiente humedad, pero acceso limitado o disponibilidad limitada de agua potable limpia – explica Joshi en un comunicado -. Este es un excelente ejemplo de cómo la colaboración interdisciplinaria y global puede conducir a soluciones prácticas a uno de los problemas más acuciantes del mundo: el acceso al agua potable”.

El nanomaterial se basa en el muy estudiado óxido de grafeno, que consiste en una red de carbono de un solo átomo de espesor. El óxido de grafeno posee buenas propiedades de adsorción de agua, las cuales permiten que el agua se adhiera a la superficie de un material. Por su parte, el calcio también posee buenas propiedades de adsorción de agua. El equipo de Ren decidió observar qué ocurría si se combinaban ambos.

Una característica importante de los materiales que adsorben agua eficazmente son los fuertes enlaces de hidrógeno entre el agua y el material al que se adsorbe, algo que poseen tanto el óxido de grafeno como el calcio. Cuanto más fuerte sea el enlace de hidrógeno, mayor será la capacidad de adsorción de agua del material. Pero este efecto se potencia si se intercala el calcio con el oxígeno en el óxido de grafeno.

“Medimos la cantidad de agua adsorbida sobre el óxido de grafeno y medimos X. Medimos la cantidad de agua adsorbida sobre el propio calcio y obtuvimos Y. Al medir la cantidad de agua adsorbida sobre el óxido de grafeno intercalado con calcio, obtuvimos mucho más que X+Y. O como si 1+1 fuera un número mayor que 2 - añade Ren -. Este enlace de hidrógeno, más fuerte de lo esperado, es una de las razones de la extraordinaria capacidad del material para adsorber agua”.

Por si esto fuera poco, el aerogel diseñado con este sistema es uno de los materiales más ligeros creados por el ser humano.

“La única energía que requiere este sistema es la pequeña cantidad necesaria para calentarlo a unos 50 grados y liberar el agua del aerogel”, explica Daria Andreeva, coautora del estudio.

Las simulaciones modeladas en supercomputadoras explicaron las complejas interacciones sinérgicas a nivel molecular y permitirán diseñar sistemas aún mejores para la generación de agua atmosférica, ofreciendo una solución sostenible al creciente desafío de la disponibilidad de agua dulce en las regiones con estrés hídrico de todo el mundo, de acuerdo con los autores.