Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Generador de agua atmosférica

AWG de última generación para uso doméstico. Un generador de agua atmosférica ( AWG ) es un dispositivo que extrae agua del aire ambiente húmedo , produciendo agua potable . El ...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita
AWG de última generación para uso doméstico.

Un generador de agua atmosférica ( AWG ) es un dispositivo que extrae agua del aire ambiente húmedo , produciendo agua potable . El vapor de agua en el aire se puede extraer mediante 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, ya que el agua siempre está presente en el aire ambiente. En áreas urbanas densamente pobladas, la misma tecnología de malla se puede incorporar directamente en fachadas y techos para que la propia envolvente del edificio recoja la niebla; los sistemas que utilizan este enfoque se denominan colectores de niebla integrados en edificios [ 2 ] .

Los generadores de alambre de alambre (AWG) pueden requerir aportes de energía significativos o funcionar de forma pasiva, aprovechando las diferencias de temperatura naturales . Estudios de biomimetismo han demostrado que el escarabajo Onymacris unguicularis tiene la capacidad de realizar esta tarea. [ 3 ]

Un estudio informó que los AWG podrían ayudar a proporcionar agua potable a mil millones de personas. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

Historia

"Atrapanieblas" o recolección de niebla en Alto Patache , desierto de Atacama , Chile .

Los incas lograron mantener su cultura por encima de la línea de lluvia recolectando el rocío y canalizándolo hacia cisternas . [ 7 ] Los registros indican que utilizaban cercas de niebla para la recolección de agua . Estos métodos tradicionales eran pasivos, no empleaban ninguna fuente de energía externa y dependían de las variaciones naturales de la temperatura.

Existía un dispositivo de supervivencia de emergencia llamado copa Armbrust que convertía la condensación de la respiración en agua potable, para su uso en desembarcos de emergencia en el mar. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]

En 2022, el Ejército y la Armada de los Estados Unidos contrataron tecnología de extracción basada en salmuera a Terralab y a la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias (FEMA). [ 11 ]

El programa de Extracción de Agua Atmosférica de DARPA tiene como objetivo desarrollar un dispositivo que pueda proporcionar agua a 150 soldados y que pueda ser transportado por cuatro personas. En febrero de 2021, General Electric recibió 14 millones de dólares para continuar el desarrollo de su dispositivo. [ 12 ]

En 2022, se demostró un desecante a base de celulosa y goma de konjac que producía 13 L/kg/día (1,56 galones estadounidenses/libra/día) de agua con un 30 % de humedad y 6 L/kg/día (0,72 galones estadounidenses/libra/día) con un 15 % de humedad. El desecante libera el agua al calentarse a 60 °C (140 °F) . [ 13 ] [ 11 ]  

En 2024, investigadores anunciaron un dispositivo que utilizaba aletas verticales separadas por 2 mm (0,08 pulg.). Las aletas son láminas de cobre, envueltas en espumas de cobre recubiertas con zeolita . El agua se libera cuando las láminas de cobre se calientan a 184 °C (363 °F). Las aletas se saturan de aire con un 30 % de humedad una vez por hora. Calentado cada hora, el recolector puede producir 5,8 L (1,5 gal)/día por kilogramo (2,2 lb) de material. [ 7 ] [ 12 ]

Tecnologías

Los sistemas basados ​​en refrigeración son los más comunes, mientras que los sistemas higroscópicos se muestran prometedores. Los sistemas híbridos combinan adsorción , refrigeración y condensación. [ 14 ] [ 15 ] Los pozos de aire son otra forma de recolectar humedad de forma pasiva.

Condensación de enfriamiento

Ejemplo de proceso de enfriamiento-condensación.

Los sistemas de condensación son el método más común. Utilizan un compresor para hacer circular el refrigerante a través de un condensador y una serpentina evaporadora para enfriar el aire circundante. Una vez que el aire alcanza su punto de rocío , el agua se condensa en el colector. Un ventilador impulsa el aire filtrado sobre la serpentina. Un sistema de purificación/filtración elimina los contaminantes y reduce el riesgo que representan los microorganismos ambientales. [ 16 ]

La tasa de producción de agua depende de la temperatura ambiente, la humedad, el volumen de aire que pasa sobre la bobina y la capacidad de refrigeración de la máquina. Los generadores de agua electrolizada (AWG) se vuelven más eficaces a medida que aumentan la humedad relativa y la temperatura del aire. Como regla general, los AWG de condensación por refrigeración no funcionan de manera eficiente cuando la temperatura ambiente desciende por debajo de 18 °C (65 °F) 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 una cara del material se calienta mientras que la otra se enfría. En este método, el aire se dirige sobre las aletas de refrigeración de la cara fría, lo que reduce su temperatura. Los semiconductores de estado sólido son convenientes para dispositivos portátiles, pero esto se ve contrarrestado por su baja eficiencia y alto consumo de energía.

La generación de energía puede mejorarse en condiciones de baja humedad mediante el uso de un enfriador evaporativo con suministro de agua salobre para aumentar la humedad. Los invernaderos constituyen un caso especial, ya que el aire interior es más caliente y húmedo. Algunos ejemplos son el invernadero de agua de mar en Omán y el invernadero IBTS .

Los aires acondicionados deshumidificadores producen agua no potable. La serpentina del evaporador, relativamente fría (por debajo del punto de rocío), condensa el vapor de agua del aire procesado.

Cuando se alimenta con electricidad derivada del 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. [ 17 ]

Higroscopia

Las técnicas higroscópicas extraen agua del aire mediante absorción o adsorción , lo que provoca la desecación del mismo. Los desecantes pueden ser líquidos ("húmedos") o sólidos. Es necesario regenerarlos (generalmente mediante tratamiento térmico) 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 por energía fotovoltaica . [ 18 ] Estos sistemas pueden utilizar el calor residual, por ejemplo, para el bombeo o para el funcionamiento nocturno, cuando la humedad tiende a aumentar.

En 2024, una tecnología de recolección de agua atmosférica basada en adsorbentes (SAWH) que utiliza un lecho de adsorción de matriz de aletas alimentado por calor residual de alta densidad demostró 5,8 litros por kg de adsorbente por día a una humedad del 30% mediante un lecho adsorbente de 1 l y adsorbentes comerciales. [ 19 ]

desecantes húmedos

Ejemplos de desecantes líquidos incluyen cloruro de litio , bromuro de litio , [ 20 ] cloruro de calcio , cloruro de magnesio , formiato de potasio , trietilenglicol y [ EMIM ] [ OAc ] . [ 21 ]

La salmuera concentrada puede servir como desecante. La salmuera absorbe agua, que luego se extrae y purifica. Algunas versiones producen 5 galones de agua por galón de combustible. [ 22 ] La salmuera concentrada, que fluye por el exterior de las torres, absorbe vapor de agua. Luego, la salmuera entra en una cámara, bajo vacío parcial , y se calienta, liberando vapor de agua que se condensa y se recoge. A medida que el agua condensada se elimina del sistema por gravedad, crea un vacío que reduce el punto de ebullición de la salmuera. El sistema puede alimentarse con energía solar pasiva . [ 23 ]

Los hidrogeles pueden capturar humedad (por ejemplo, por la noche en un desierto) para enfriar paneles solares [ 24 ] o producir agua dulce. [ 25 ] [ 26 ] Una aplicación es irrigar cultivos colocando el hidrogel junto a [ 27 ] [ 28 ] sistemas integrados de paneles solares o debajo de los paneles. [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]

desecantes sólidos

El gel de sílice y la zeolita desecan el aire a presión. [ 35 ] Un dispositivo consume 310 vatios-hora (1100 kJ) por litro de agua. Utiliza una estructura metalorgánica de circonio /orgánica sobre una base de cobre poroso, unida a un sustrato de grafito. El sol calienta el grafito, liberando el agua, que luego enfría el grafito. [ 36 ] 

pilas de combustible

Un automóvil con pila de combustible de hidrógeno genera un litro de agua potable por cada 8 millas (12,87 kilómetros) recorridas mediante la combinación de hidrógeno con oxígeno ambiental. [ 37 ]

Hidropanel

El agua potable puede generarse mediante hidropaneles solares en los tejados que utilizan energía solar y calor solar. [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]

La energía mínima para la recolección de agua atmosférica [ 1 ]

Energía

A menos que el aire esté sobresaturado de humedad, se requiere energía para extraer agua de la atmósfera. La energía necesaria depende de la humedad y la temperatura, y puede calcularse mediante la energía libre de Gibbs .

Véase también

Referencias

  1. 1 2 Rao, Akshay K.; Fix, Andrew J.; Yang, Yun Chi; Warsinger, David M. (2022). "Límites termodinámicos de la recolección de agua atmosférica". Energy & Environmental Science . 15 (10): 4025– 4037. Bibcode : 2022E & ES...15.4025R . doi : 10.1039/d2ee01071b .
  2. ↑ Caldas, Luisa; Andaloro, Annalisa; Calafiore, Giuseppe (2018). "Recolección de agua de la niebla utilizando envolventes de edificios: Parte I" . Water and Environment Journal . 32 (4): 493– 499. Bibcode : 2018WaEnJ..32..493C . doi : 10.1111/wej.12335 .
  3. ↑ Nørgaard, Thomas; Dacke, Marie (2010). "Comportamiento de exposición a la niebla y eficiencia de recolección de agua en escarabajos tenebriónidos del desierto de Namib" . Frontiers in Zoology . 7 (1): 23. doi : 10.1186/1742-9994-7-23 . PMC 2918599. PMID 20637085 .  
  4. ↑ Yirka, Bob. "Un modelo sugiere que mil millones de personas podrían obtener agua potable segura de un hipotético dispositivo de recolección" . Tech Xplore . Consultado el 15 de noviembre de 2021 .
  5. ↑ "Los recolectores de energía solar podrían producir agua potable para mil millones de personas" . Physics World . 13 de noviembre de 2021. Consultado el 15 de noviembre de 2021 .
  6. ↑ Lord, Jackson; Thomas, Ashley; Treat, Neil; Forkin, Matthew; Bain, Robert; Dulac, Pierre; Behroozi, Cyrus H.; Mamutov, Tilek; Fongheiser, Jillia; Kobilansky, Nicole; Washburn, Shane; Truesdell, Claudia; Lee, Clare; Schmaelzle, Philipp H. (octubre de 2021). "Potencial global para la obtención de agua potable a partir del aire mediante energía solar" . Nature . 598 (7882): 611– 617. Bibcode : 2021Natur.598..611L . doi : 10.1038/ s41586-021-03900 -w . PMC 8550973. PMID 34707305 .  
  7. 1 2 "Agua II" . foresightfordevelopment.org . Prospectiva para el Desarrollo . Consultado el 29 de marzo de 2022 .
  8. ↑ "Copa Armbrust, Lockheed Sirius "Tingmissartoq", Lindbergh | Museo Nacional del Aire y el Espacio" . airandspace.si.edu .
  9. ↑ Maksel, Rebecca. "Aviones propulsados ​​por mosca y otras rarezas" . Revista Smithsonian .
  10. ↑ «Copa Armbrust» . pioneersofflight.si.edu .
  11. 1 2 Totty, Michael (24 de septiembre de 2007). "Innovaciones para la vida: Premios" . www.wsj.com . Recuperado el 24 de mayo de 2022 .
  12. 1 2 Tucker, Patrick (8 de febrero de 2021). "El ejército quiere producir agua a partir del aire. Esta es la ciencia que lo respalda" . www.defenseone.com . Defense One . Consultado el 13 de febrero de 2021 .
  13. ↑ Irving, Michael (24 de mayo de 2022). "Una película de gel barata extrae cubos de agua potable al día de la nada" . New Atlas . Consultado el 4 de junio de 2022 .
  14. ↑ Fraunhofer . Fraunhofer (2014) Archivado el 12 de octubre de 2016 en Wayback Machine
  15. ↑ "Innovación que revoluciona el sector extrayendo agua del aire" . Universidad Simon Fraser. 25 de abril de 2016.
  16. ↑ El último proyecto de Willie Nelson: Agua a partir del aire . Atlanta Journal-Constitution.
  17. ↑ Peters, Greg M.; Blackburn, Naomi J.; Armedion, Michael (junio de 2013). "Evaluación ambiental de máquinas de conversión de aire en agua: triangulación para gestionar la incertidumbre del alcance". The International Journal of Life Cycle Assessment . 18 (5): 1149– 1157. Bibcode : 2013IJLCA..18.1149P . doi : 10.1007/s11367-013-0568-2 .
  18. ↑ Alobaid, Mohammad; Hughes, Ben; Calautit, John Kaiser; O'Connor, Dominic; Heyes, Andrew (septiembre de 2017). "Una revisión de la refrigeración por absorción impulsada por energía solar con sistemas térmicos fotovoltaicos". Renewable and Sustainable Energy Reviews . 76 : 728–742 . Bibcode : 2017RSERv..76..728A . doi : 10.1016/j.rser.2017.03.081 .
  19. ↑ Li, Xiangyu; El Fil, Bachir; Li, Buxuan; Graeber, Gustav; Li, Adela C.; Zhong, Yang; Alshrah, Mohammed; Wilson, Chad T.; Lin, Emily (12 de julio de 2024). "Diseño de un recolector de agua atmosférica multicíclico compacto de alto rendimiento para entornos áridos" . ACS Energy Letters . 9 (7): 3391–3399 . doi : 10.1021/acsenergylett.4c01061 . PMC 11250079. PMID 39022669 .  
  20. ↑ Chartrand, Sabra (2 de julio de 2001). "Patentes; Extraer agua del aire, medir cuánta agua bebes y ser amable con los peces que pescas" . The New York Times . Consultado el 24 de mayo de 2022 .
  21. ↑ Su, Wei; Lu, Zhifei; She, Xiaohui; Zhou, Junming; Wang, Feng; Sun, Bo; Zhang, Xiaosong (febrero de 2022). "Regeneración de desecante líquido para aire acondicionado avanzado: una revisión exhaustiva de materiales desecantes, regeneradores, sistemas y tecnologías de mejora". Applied Energy . 308 118394. Bibcode : 2022ApEn..30818394S . doi : 10.1016/j.apenergy.2021.118394 .
  22. ↑ Greenfieldboyce, Nell (19 de octubre de 2006). "Agua extraída del aire para ayuda en casos de desastre" . NPR.org . Consultado el 5 de mayo de 2022 .
  23. ↑ "Obtención de agua potable a partir de la humedad del aire" . ScienceDaily (Comunicado de prensa). Fraunhofer-Gesellschaft. 8 de junio de 2009.
  24. ↑ "El hidrogel ayuda a fabricar paneles solares con capacidad de autorrefrigeración" . Physics World . 12 de junio de 2020. Consultado el 28 de abril de 2022 .
  25. ↑ Youhong Guo; W. Guan; C. Lei; H. Lu; W. Shi; Guihua Yu (2022). "Películas poliméricas superhigroscópicas escalables para la recolección sostenible de humedad en entornos áridos" . Nature Communications . 13 (1): 2761. Bibcode : 2022NatCo..13.2761G . doi : 10.1038/s41467-022-30505-2 . PMC 9120194. PMID 35589809 .  
  26. ↑ Shi, Ye; Ilic, Ognjen; Atwater, Harry A.; Greer, Julia R. (14 de mayo de 2021). "Recolección de agua dulce durante todo el día mediante membranas de hidrogel microestructuradas" . Nature Communications . 12 (1): 2797. Bibcode : 2021NatCo..12.2797S . doi : 10.1038/s41467-021-23174-0 . PMC 8121874. PMID 33990601 .  
  27. ↑ "La granja inteligente autónoma cultiva plantas utilizando agua extraída del aire" . New Atlas . 15 de abril de 2021. Consultado el 28 de abril de 2022 .
  28. ↑ Yang, Jiachen; Zhang, Xueping; Qu, Hao; Yu, Zhi Gen; Zhang, Yaoxin; Eey, Tze Jie; Zhang, Yong-Wei; Tan, Swee Ching (octubre de 2020). "Un complejo de cobre con alta capacidad de absorción de humedad que aprovecha la humedad del aire para obtener agua potable y para la agricultura urbana autónoma". Advanced Materials . 32 (39) 2002936. Bibcode : 2020AdM....3202936Y . doi : 10.1002/adma.202002936 . PMID 32743963 . 
  29. ↑ "Estos paneles solares captan vapor de agua para cultivar cosechas en el desierto" . Cell Press . Consultado el 18 de abril de 2022 .
  30. ↑ Ravisetti, Monisha. "Nuevo diseño de panel solar utiliza energía desperdiciada para producir agua a partir del aire" . CNET . Consultado el 28 de abril de 2022 .
  31. ^ Podbregar, Nadja (2 de marzo de 2022). "Strom und Wasser aus Sonne und Wüstenluft" [ Electricidad y agua del sol y del aire del desierto ] . cinexx | Das Wissensmagazin (en alemán).
  32. ↑ "Sistema híbrido produce electricidad y agua de riego en el desierto" . Nuevo Atlas . 1 de marzo de 2022. Consultado el 28 de abril de 2022 .
  33. ↑ Schank, Eric (8 de marzo de 2022). "Convirtiendo el desierto en verde: este sistema de paneles solares produce agua (y cultiva alimentos) a partir del aire" . Salon . Consultado el 28 de abril de 2022 .
  34. ↑ Li, Renyuan; Wu, Mengchun; Aleid, Sara; Zhang, Chenlin; Wang, Wenbin; Wang, Peng (16 de marzo de 2022). "Un sistema integrado impulsado por energía solar produce electricidad con agua dulce y cultivos en regiones áridas". Cell Reports Physical Science . 3 (3) 100781. Bibcode : 2022CRPS....300781L . doi : 10.1016/j.xcrp.2022.100781 . hdl : 10754/676557 .
  35. ↑ Patel, Prachi. "Dispositivo alimentado por energía solar extrae agua del aire enrarecido (y bastante seco)" . IEEE . Consultado el 13 de abril de 2017 .
  36. ↑ Hamilton, Anita (24 de abril de 2014). "Este aparato produce galones de agua potable a partir del aire" . Time . Consultado el 24 de mayo de 2022 .
  37. ↑ "Toyota Mirai Sedán de pila de combustible 2016" . Consultado el 28 de agosto de 2016 .
  38. ↑ "Los nuevos paneles solares hidroeléctricos en los tejados generan agua potable y energía al mismo tiempo" . 29 de noviembre de 2017. Consultado el 30 de noviembre de 2017 .
  39. ↑ LaPotin, Alina; Zhong, Yang; Zhang, Lenan; Zhao, Lin; Leroy, Arny; Kim, Hyunho; Rao, Sameer R.; Wang, Evelyn N. (20 de enero de 2021). "Dispositivo de recolección de agua atmosférica de doble etapa para la producción de agua escalable impulsada por energía solar" . Joule . 5 (1): 166– 182. Bibcode : 2021Joule...5..166L . doi : 10.1016/j.joule.2020.09.008 .Artículo de noticias: "Sistema de energía solar extrae agua potable del aire 'seco'" . Instituto Tecnológico de Massachusetts . Consultado el 28 de abril de 2022 .
  40. ↑ "Sistemas de purificación de agua alimentados por energía solar y agua de lluvia" . Consultado el 21 de octubre de 2017 .