Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – Un nuevo sistema para captar agua directamente de la humedad del aire fue desarrollado en Brasil por investigadores de la Universidad Estatal Paulista (Unesp), en colaboración con el Instituto Granado de Tecnología de la Poliacrilonitrila (IGTPAN), una institución privada de investigación ubicada en el municipio paulista de Jacareí. La tecnología utiliza un polímero superabsorbente producido a partir de residuos textiles reciclados, capaz de captar vapor de agua de la atmósfera y liberarlo posteriormente en forma de agua líquida.

Descrito en la revista NPJ Clean Water, el sistema se basa en módulos denominados hidrocélulas. Estos funcionan como “esponjas” que adsorben la humedad del aire, es decir, retienen las moléculas de vapor de agua únicamente en su superficie, a diferencia de la absorción común, en la que el líquido penetra en el interior del material. Posteriormente, el sistema convierte la humedad captada en agua líquida mediante un calentamiento moderado. En pruebas experimentales realizadas a lo largo de casi un año, el prototipo produjo entre 4 y 6 litros de agua al día, con un consumo energético relativamente bajo.

“El enfoque puede constituir una alternativa descentralizada para el abastecimiento de agua en regiones áridas y semiáridas, donde las fuentes convencionales, como los acuíferos o la desalinización, suelen estar limitadas por los elevados costos energéticos y las necesidades de infraestructura”, afirma la investigadora Valquiria Campos, profesora del Instituto de Ciencia y Tecnología de la Unesp en Sorocaba y autora correspondiente del artículo.

Según Nilton Granado, investigador del IGTPAN e inventor del equipo, “la producción sostenible de agua potable a partir del reservorio atmosférico, disponible en cualquier lugar del mundo, será vital para las grandes ciudades, que ya enfrentan escasez de este recurso”. Es el caso, entre otros, de Lima, en Perú, que tiene 11,2 millones de habitantes y una precipitación media anual de apenas 6 milímetros de lluvia, y es la tercera ciudad más grande del mundo situada en un desierto.

“Por ello, el desarrollo de equipos que extraigan agua de la atmósfera podrá ofrecer soluciones domésticas para la producción de agua potable en un futuro próximo”, afirma Granado. La tecnología brasileña empleada en la producción del polímero superabsorbente utilizado en el equipo ya obtuvo patentes en Brasil y Estados Unidos.

El elemento central de la tecnología es un polímero denominado PANSAP –poli(acrilato de potasio-co-acrilamida)– reticulado, obtenido a partir del reciclaje de fibras de poliacrilonitrilo (PAN), conocidas popularmente como “fibra acrílica” y ampliamente utilizadas en la industria textil. El proceso consiste en recuperar el polímero de las fibras textiles y someterlo a una reacción de hidrólisis alcalina, que convierte el material en un nuevo polímero superabsorbente (SAP) altamente higroscópico –es decir, capaz de absorber grandes cantidades de agua–, al que se le puede dar forma de placas para su utilización.

Según Campos, el uso de residuos textiles fue la mejor opción para producir el polímero. “Podríamos haber utilizado poliacrilato comercial, pero no sería tan eficiente para la adsorción y la producción de placas”, explica. El proceso de extracción del poliacrilonitrilo del tejido se basa en rutas químicas bien establecidas industrialmente. El resultado es un material que forma una red tridimensional y retiene el líquido en sus poros. Cada gramo del polímero puede absorber entre 200 y 300 gramos de agua líquida. Y, en el aire, se satura cuando adsorbe una cantidad de agua equivalente al 80 % de su masa.

El proceso en su conjunto se basa en el concepto de economía circular, que transforma residuos en recursos. Además del aprovechamiento de prendas de vestir y retazos de tejidos, que habitualmente se desechan en el medio ambiente, el método también recupera el amoníaco liberado durante la reacción química para producir el polímero y lo transforma en fosfato de amonio, un fertilizante utilizado en la agricultura. “Esto reduce significativamente la generación de residuos y mejora el desempeño ambiental del proceso”, destaca Campos.

“Además, desde el punto de vista económico, la producción de agua basada en el polímero superabsorbente obtenido de tejidos es mucho más ventajosa que otras vías que utilizan materiales avanzados”, argumenta la investigadora. En los últimos años, varios estudios han investigado el uso de los denominados MOFs (metal-organic frameworks) para captar agua del aire. Se trata de materiales cristalinos porosos formados por la combinación de iones o clusters metálicos con ligandos orgánicos, una combinación que crea estructuras tridimensionales altamente ordenadas, con una red de poros nanométricos.

         A la izquierda, fabricación de las placas poliméricas que contienen PANSAP laminado sobre una matriz de yute y posterior encapsulamiento en una estructura metálica para formar el módulo adsorbente; a la derecha, PANSAP en forma granular (foto: IGTPAN)

Costo reducido

“Aunque los MOFs presentan un alto rendimiento en laboratorio, son muy costosos y difíciles de producir a gran escala. El precio estimado de producción de nuestro polímero es de alrededor de 2,50 dólares por kilogramo, mientras que algunos MOFs pueden costar hasta miles de dólares por gramo. ¿Cómo vamos a brindar atención de emergencia a poblaciones que necesitan agua a un precio como ese?”, destaca Campos.

En los experimentos realizados durante el estudio, el nuevo polímero en forma de placas presentó una capacidad de adsorción de aproximadamente 0,43 gramos de agua por gramo de material en ambientes con una humedad relativa de entre el 69 % y el 90 %. El sistema completo está compuesto por placas que contienen el polímero, las hidrocélulas, agrupadas en módulos denominados hidrobaterías. El aire del ambiente circula a través de las placas, lo que permite que el material capte la humedad. Posteriormente, las placas se calientan a temperaturas de entre 55 °C y 80 °C, liberando el vapor, que luego se condensa y se recolecta.

Campos señala que el rango de temperatura fue un punto crítico en el desarrollo del sistema. “La temperatura no puede ser demasiado alta. Cuando probamos las placas a temperaturas superiores a 100 °C, comprobamos que esto degradaba el polímero, lo que daba como resultado la producción de agua con olor a amoníaco. La reducción de la temperatura resolvió el problema. Cuando bajamos la temperatura al rango de 60 °C a 65 °C, el agua resultante ya era insípida”, cuenta la investigadora.

El agua obtenida mediante el sistema presenta un elevado grado de pureza, ya que resulta esencialmente de un proceso de condensación, similar a la destilación. Los análisis químicos indicaron la ausencia de contaminantes orgánicos detectables y niveles mínimos de amoníaco (0,09 miligramos por litro), muy por debajo de los límites internacionales de seguridad. Como el agua está prácticamente desmineralizada, los investigadores recomiendan la posterior adición de sales minerales, un procedimiento común en los sistemas de desalinización.

Una de las características importantes del sistema es que el proceso puede funcionar con energía solar. “En el prototipo experimental utilizamos un sistema híbrido que combina calentamiento eléctrico, radiación solar directa y paneles fotovoltaicos. En condiciones de pleno sol, cuatro paneles fotovoltaicos de 580 W fueron suficientes para suministrar toda la energía necesaria para el funcionamiento del equipo. Esta configuración permite operar tanto conectado a la red eléctrica como de manera totalmente autónoma, una característica relevante para comunidades aisladas”, relata Campos.

Según la investigadora, la cuestión energética debe considerarse siempre en relación con el costo y la aplicabilidad social. “De nada sirve disponer de un equipo que capte agua si consume una cantidad prohibitiva de energía para funcionar. Siempre nos orientamos hacia soluciones tecnológicamente más sencillas y económicas que otras propuestas disponibles en la literatura”, destaca.

Otro resultado importante del estudio fue la estabilidad del material a lo largo de múltiples ciclos de uso. Las pruebas indicaron que el polímero puede funcionar durante más de 2.500 ciclos de adsorción y desorción (proceso mediante el cual se libera el agua retenida en la superficie), con una pérdida mínima de rendimiento. A partir de estos datos, los autores estiman que el sistema puede tener una vida útil superior a diez años, dependiendo de las condiciones de operación. Además, el carácter modular de la tecnología permite ampliar la capacidad de producción. Una sola unidad que contenga alrededor de 10 kilogramos de material adsorbente puede producir aproximadamente 6 litros de agua al día. Los sistemas con cientos o miles de módulos podrían suministrar volúmenes suficientes para pequeñas comunidades.

Campos destaca que el sistema ya ha avanzado hacia una etapa de aplicación: “Nos estamos preparando para realizar una prueba de campo en la región de Lima, en Perú, en una comunidad que subsiste mediante sistemas artesanales de captación de niebla y el abastecimiento por camiones cisterna”.

El estudio contó con el apoyo de la FAPESP mediante un Apoyo a la Investigación concedida a Campos.

El artículo Scalable hydrocell technology based on recycled polymers for atmospheric water harvesting está disponible en: https://nature.com/articles/s41545-025-00534-7.