Que toda la población mundial tenga acceso a agua potable es uno de los grandes retos de la ingeniería del siglo XXI. En algunos países, más de la mitad de la gente no dispone de él y, a nivel global, una de cada tres personas no tiene acceso a saneamiento básico, algo crucial, ya que se trata de una de las principales causas de diarrea y mala salud en general del mundo. Según algunas estimaciones, más de 5.000 niños mueren todos los días por enfermedades relacionadas con la diarrea. Por eso, encontrar formas de producir agua limpia es un objetivo importante.

El problema reside en que la mayoría de las técnicas son prohibitivamente caras para los países pobres. Los métodos tradicionales como la destilación, la ósmosis inversa y el reciclaje de aguas residuales consumen mucha energía y dinero. Y las técnicas pasivas que dependen de la energía solar requieren materiales poco comunes y concentradores solares, que son grandes y caros.

Pero existe otra técnica que podría cambiarlo todo: la recogida de rocío. Consiste en enfriar el aire para que el vapor del agua que contiene se condense y se pueda recoger. "Esta tecnología pasiva tiene un gran potencial debido al hecho de que una importante cantidad de vapor de agua se almacena en la atmósfera", afirma el investigador la Universidad del Sureste en Nanjing (China) Minghao Dong y sus colegas.

La afirmación plantea algunas preguntas obvias. ¿Cuánta agua se puede recoger de esta manera? ¿Y cuál es la mejor forma de hacerlo? Minghao y sus colegas han calculado por los límites básicos de esta tecnología primera vez. Además, describen cómo un simple cambio en las técnicas convencionales podría mejorar significativamente su rendimiento.

Primero algunos antecedentes. Los recolectores pasivos de rocío consisten en un "condensador", una lámina delgada y plana de un material que irradia calor al cielo nocturno (los recolectores de rocío generalmente solo funcionan de noche). El condensador está aislado del suelo para que no pueda absorber el calor desde abajo.

A medida que el condensador irradia energía durante la noche, su temperatura baja, enfriando el aire adyacente a él. Si la temperatura de este aire cae por debajo del punto de rocío (la temperatura a la cual el aire está saturado con vapor de agua), el vapor se condensará. Por supuesto, la eficiencia de este proceso depende de muchos factores, sobre todo de la temperatura del aire, la humedad relativa y la velocidad a la que el condensador puede irradiar calor.

Hace años, los físicos calcularon cuánta agua puede producir este dispositivo cuando el condensador es un cuerpo negro con condiciones de irradiación perfectas. Pero Minghao y sus colegas aseguran que este análisis deja de lado un punto evidente: no explica cómo los materiales reales emiten calor ni cómo la atmósfera de la Tierra transmite algunas longitudes de onda de luz de manera más eficiente que otras.

"El resultado es que los límites fundamentales de esta técnica no estaban adecuadamente definidos, por lo que resultaba difícil evaluar el rendimiento de los experimentos y determinar si esta tecnología es aplicable o no en diversas condiciones, en particular en áreas relativamente áridas", explica su investigación. Para solucionarlo, los investigadores han incluido estos factores, lo que les ha permitido evaluar cómo funcionarían los diferentes materiales por primera vez.

Su método es sencillo. Minghao y sus colegas señalan que las longitudes de onda en las que la atmósfera de la Tierra es más transparente son bien conocidas. Así que, para ellos tiene sentido usar un condensador que emita a estas frecuencias en lugar de uno que emita a través de todas las longitudes de onda. El equipo ha bautizado a este condensador como emisor selectivo y han comparado su rendimiento con el de un emisor negro.

Sus resultados son llamativos. Los investigadores afirman que hacer coincidir la emisividad del condensador con las características de transmisión de la atmósfera genera mejoras importantes. Por ejemplo, a una temperatura ambiente de 20 °C con una humedad relativa del 40 %, un emisor negro no puede recoger agua. "En cambio, el emisor selectivo podría [recoger el rocío a una velocidad de] 13 gramos por metro cuadrado por hora", sostiene su análisis.

Se trata de un hallazgo importante que marca la diferencia entre poder recoger rocío por la noche en un lugar como el desierto de Mojave o no poder en absoluto. Los investigadores han diseñado un condensador con las características de emisión de energía requeridas. Su diseño consiste en finas capas de tres materiales diferentes sobre una base de aluminio. Esta estructura en capas emite mejor en las longitudes de onda en las que la atmósfera es más transparente.

Este interesante trabajo podría tener múltiples aplicaciones. Minghao y sus colegas destacan que la recogida de rocío podría ser beneficiosa tanto en áreas húmedas como secas: "Las húmedas incluyen islas y ciudades costeras rodeadas de agua de mar no potable, mientras que las áreas secas serían los desiertos que carecen de cualquier forma de agua potable".

El bajo coste de su diseño también es clave. "Esta tecnología pasiva de recogida de agua dulce complementaría las tecnologías existentes, especialmente en las áreas rurales y de menos recursos donde el coste es un gran problema", subrayan.

Si realmente se consigue llevar agua potable limpia incluso a una pequeña fracción de los que no la tienen actualmente, será un importante logro para la humanidad. Hay al menos una start-up, Zero Mass Water, que ya intenta comercializar un dispositivo similar, mientras que otros científicos continúan mejorando la técnica (ver Este aparato extrae litros de agua del aire y sólo necesita luz solar para funcionar).

Ref: arxiv.org/abs/1909.05757: Fundamental Limits of the Dew-Harvesting Technology