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Recolectando agua limpia del aire, inspirada en la vida del desierto


Los seres humanos pueden arreglárselas en los refugios más básicos, y pueden preparar una comida con los ingredientes más humildes. Pero no podemos sobrevivir sin agua limpia. Y en lugares donde el agua es escasa, por ejemplo, en los desiertos del mundo, llevar agua a la gente requiere obras de ingeniería e irrigación que pueden ser engorrosas y costosas.


Laura Arenschield, la Universidad Estatal de Ohio


Un par de nuevos estudios de investigadores de la Universidad Estatal de Ohio ofrece una posible solución, inspirada en la naturaleza.

«Pensamos: ‘¿Cómo podemos recoger agua del aire ambiente que nos rodea?'», Dijeron Bharat Bhushan, erudito eminente de Ohio y profesor de ingeniería mecánica Howard D. Winbigler en el estado de Ohio. «Y así, miramos las cosas en la naturaleza que ya lo hacen: el cactus, el escarabajo, las hierbas del desierto».

Sus hallazgos fueron publicados el 24 de diciembre en la revista Philosophical Transactions of the Royal Society . Las obras fueron coautoras con Ohio State Ph.D. el estudiante Dev Gurera y con Dong Song, investigador de ingeniería del estado de Ohio.

El trabajo de Bhushan se centra en encontrar soluciones inspiradas en la naturaleza para los problemas sociales. En este caso, su equipo de investigación miró el desierto para encontrar vida que sobreviva a pesar del acceso limitado al agua.

El cactus, el escarabajo y las hierbas del desierto recogen agua condensada de la niebla nocturna, recogen gotitas del aire y las filtran a las raíces o reservorios, lo que proporciona suficiente hidratación para sobrevivir.

Las gotas de agua se acumulan en protuberancias repelentes al agua sin cera en la espalda de un escarabajo, luego se deslizan hacia la boca del escarabajo en la superficie plana entre las protuberancias. Los pastos del desierto recogen agua en sus puntas, luego canalizan el agua hacia sus sistemas de raíces a través de canales en cada pala. Un cactus recolecta agua en sus puntas de púas antes de guiar las gotitas por las espinas cónicas hasta la base de la planta.

El equipo de Bhushan estudió cada uno de estos seres vivos y se dio cuenta de que podían construir un sistema similar, aunque más grande, para permitir a los humanos extraer agua de la niebla o la condensación durante la noche.

Comenzaron a estudiar las formas en que las diferentes superficies podrían acumular agua y qué superficies podrían ser las más eficientes. Usando impresoras 3-D, construyeron superficies con golpes y púas, y luego crearon ambientes cerrados y con niebla utilizando un humidificador comercial para ver qué sistema recolectaba más agua.

Aprendieron que las formas cónicas recogen más agua que las formas cilíndricas, «lo que tenía sentido, dado lo que sabemos sobre el cactus», dijo Bhushan. La razón por la que sucede, dijo, es debido a un fenómeno físico llamado gradiente de presión de Laplace. El agua se acumula en la punta del cono, luego fluye por la pendiente del cono hasta el fondo, donde un reservorio está esperando.

Las superficies ranuradas movían el agua más rápidamente que las superficies no rasgadas, «lo que parece obvio en retrospectiva, debido a lo que sabemos sobre el pasto», dijo Bhushan. En los experimentos del equipo de investigación, las superficies ranuradas acumularon aproximadamente el doble de agua que las superficies sin ranurar.

Los materiales de los conos fueron hechos de materia importada, también. Las superficies hidrófobas, aquellas que permitían que el agua formara gotas en lugar de absorberla, acumulaban la mayor cantidad de agua.

«El material de la superficie del escarabajo es heterogéneo, con manchas hidrófilas rodeadas de regiones hidrófobas, lo que permite que el agua fluya más fácilmente hacia la boca del escarabajo», explicó Bhushan.

El equipo de investigación también experimentó en una estructura que incluía múltiples conos y aprendió que se acumulaba más agua cuando las gotas de agua podían unirse entre los conos que estaban separados por uno o dos milímetros. El equipo continúa esos experimentos, dijo Bhushan.

Hasta ahora, el trabajo se ha realizado solo a nivel de laboratorio, pero Bhushan prevé que el trabajo se amplíe, con estructuras en el desierto que podrían acumular agua de la niebla o la condensación. Piensa que esa agua podría complementar el agua de los sistemas públicos o pozos, ya sea casa por casa o en toda la comunidad.

Existe un precedente para la idea: en áreas alrededor del mundo, incluyendo el Desierto de Atacama en Chile, las redes grandes capturan el agua de la niebla y la recogen en reservorios para que los granjeros y otros puedan usar. Esas redes podrían no ser la forma más eficiente de aprovechar el agua del aire, cree Bhushan.

«El suministro de agua es un tema de importancia crítica, especialmente para las personas de las partes más áridas del mundo», dijo Bhushan. «Al utilizar tecnologías de inspiración biológica, podemos ayudar a enfrentar el desafío de proporcionar agua limpia a personas de todo el mundo de la manera más eficiente posible».


Más información: Dev Gurera et al, Diseñando superficies bioinspiradas para la recolección de agua de la niebla, Transacciones filosóficas de la Royal Society A: Matemáticas, Ciencias Físicas e Ingeniería (2018). DOI: 10.1098 / rsta.2018.0269Información de la revista: Transacciones filosóficas de la Royal SocietyProporcionado por la Universidad Estatal de Ohio


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