Nanotecnología promete extraer agua directamente del aire

Una revolucionaria nanotecnología basada en nanoporos anfifílicos promete extraer agua directamente del aire, incluso cuando la humedad no es asfixiante y, lo más asombroso, sin devorar energía en el intento. ¿El secreto? Una ingeniosa dualidad material a escala nanométrica.

En un mundo donde el acceso al agua dulce es un desafío creciente, la ciencia busca con ahínco soluciones innovadoras y sostenibles. Un material capaz de extraer agua directamente del aire, incluso cuando no está completamente saturado de humedad, y hacerlo sin un gasto energético significativo, es la promesa que encierra un reciente avance en el campo de la nanotecnología.

El secreto de esta proeza reside en la naturaleza «anfifílica» de los materiales empleados. Una molécula o estructura anfifílica, también llamada anfipática, es aquella que posee una dualidad fascinante: una parte de ella es hidrofílica (afín al agua, soluble en ella) y la otra es hidrofóbica (repele el agua). Por ejemplo, el jabón: una parte de sus moléculas se une al agua y la otra a la grasa, permitiendo la limpieza.

En el nuevo estudio, los investigadores han diseñado películas delgadas —denominadas PINFs (Polymer-Infiltrated Nanoparticle films)— compuestas por nanopartículas hidrofílicas (en este caso, de dióxido de silicio, SiO₂), que aman el agua, infiltradas parcialmente con un polímero hidrofóbico (como el polietileno, PE), que la repele. Esta combinación crea una red de nanoporos cuyas paredes internas tienen esta doble personalidad.

El fenómeno central es la condensación capilar. Gracias a su tamaño nanométrico, estos poros pueden «atraer» y condensar el vapor de agua presente en el aire incluso cuando la humedad relativa no alcanza el 100% (es decir, en condiciones de subsaturación).

Este es un proceso conocido, pero con una trampa: los materiales puramente hidrofílicos, si bien son excelentes para condensar agua, tienden a retenerla con fuerza, dificultando su recolección. Por otro lado, las superficies superhidrofóbicas, que repelen el agua facilitando la formación de gotas, no son eficientes condensando vapor en ambientes subsaturados.

Aquí es donde la naturaleza anfifílica de los PINFs brilla. Las regiones hidrofílicas de los nanoporos inician la condensación del vapor de agua. Una vez que el agua se ha condensado dentro de estos diminutos confines, entra en juego la influencia de las superficies hidrofóbicas del polímero. En lugar de quedar atrapada, el agua líquida es «empujada» o exudada hacia la superficie exterior de la película, donde forma gotas macroscópicas visibles y recolectables.

Los experimentos demostraron que esta formación espontánea de gotas ocurre sin necesidad de enfriar la superficie (lo que implicaría un gasto energético) bajo condiciones específicas: una humedad relativa elevada (superior al 90%), un tamaño de nanopartícula suficientemente pequeño (igual o inferior a 22 nanómetros) y una fracción de polímero hidrofóbico moderada. Un exceso de polímero podría obstruir los poros, mientras que una cantidad insuficiente no facilitaría la exudación de las gotas.

Es crucial destacar que el volumen total de agua recolectada en forma de gotas es directamente proporcional al espesor de la película, lo que indica que el agua proviene efectivamente del interior de la estructura nanoporosa y no de una simple condensación superficial.

Este elegante mecanismo de captura y liberación de agua abre un abanico de aplicaciones prometedoras. La más evidente es la recolección de agua atmosférica en regiones con alta humedad ambiental, pero escasez de fuentes de agua líquida. Al no requerir aporte energético externo para la condensación, se perfila como una solución de bajo coste, reseñan Agencias Internacionales.

Además, este fenómeno podría emplearse para la gestión térmica autónoma en dispositivos electrónicos, disipando calor mediante la evaporación de estas gotas auto-generadas. La versatilidad del sistema se extiende al poder utilizar diferentes polímeros hidrofóbicos, como el poliestireno (PS), con resultados similares, aunque algunas interacciones específicas, como las del PDMS con el SiO₂, pueden mermar la eficiencia.