La madera refinada, la sal, la luz solar y la inteligencia artificial podrían pronto proporcionar agua potable a partir del aire, incluso en las regiones más áridas del mundo. Esa es la promesa tras un nuevo invento desarrollado por investigadores de Australia y China. Su novedoso material a base de madera no solo absorbe agua del aire, sino que también la libera utilizando únicamente la luz solar, ofreciendo esperanza para un mundo que enfrenta una creciente escasez de agua.

El dispositivo, fabricado con madera de balsa refinada, funciona como una esponja de alta tecnología. Captura la humedad del aire y, al calentarse con el sol, la libera en forma de agua limpia en una taza. Incluso con baja humedad y temperaturas gélidas, sigue funcionando, ofreciendo agua en condiciones donde muchos otros sistemas fallan.

El material fundamental de esta tecnología es una mezcla de madera, cloruro de litio y una superficie absorbente de luz solar hecha de nanotubos de carbono . Estos ingredientes forman una esponja resistente y porosa capaz de absorber el vapor de agua del aire con niveles de humedad que oscilan entre el 30 % y el 90 %. Este amplio rango hace que el dispositivo sea útil en muchas partes del mundo.

Al exponerse a la luz solar, la esponja se calienta. Esto provoca que el agua absorbida se evapore y se acumule en un recipiente, lista para beber.

Los investigadores descubrieron que, en pruebas de laboratorio, el material podía liberar casi toda el agua absorbida en 10 horas tras la exposición al sol. Incluso con tan solo un 30 % de humedad, absorbía aproximadamente 0,6 mililitros de agua por gramo del aire. Y con un 90 % de humedad, absorbía aproximadamente 2 mililitros por gramo.

La escasez de agua dulce es un problema creciente en todo el mundo. Casi el 80% de la población mundial sufre una grave escasez de agua. Los métodos tradicionales, como la captación de niebla o el enfriamiento radiativo, no suelen funcionar bien en zonas áridas. Aquí es donde entra en juego la captación de agua atmosférica (AWH). Al extraer agua directamente del aire, los sistemas AWH no dependen de ríos, lagos ni fuentes subterráneas.

El uso de madera como base para la esponja no solo es una decisión inteligente, sino también estratégica. La madera es naturalmente porosa y está llena de canales que pueden retener agua. Además, es biodegradable, económica y fácil de conseguir. Los investigadores eligieron la madera de balsa por su estructura similar a la de una esponja, lo que les permitió construir un material estable y reutilizable.

El cloruro de litio, la sal utilizada en el dispositivo, es conocido por su capacidad para absorber agua incluso con baja humedad. Sin embargo, en forma de polvo, puede aglomerarse o tener fugas. Al incorporarlo a la madera, los investigadores evitaron estos problemas y crearon un sistema estable para absorber y almacenar agua.

Los investigadores no se limitaron a los buenos materiales. Utilizaron aprendizaje automático para perfeccionar el diseño y predecir el rendimiento del material en diferentes condiciones ambientales. Los modelos de bosque aleatorio y de memoria a largo plazo (LSTM) mostraron una alta precisión al predecir las tasas de absorción y liberación de agua. Uno de los mejores modelos alcanzó una precisión de predicción con un valor R² de 0,988 para la tasa de absorción.

Un análisis realizado con el método de Explicaciones Aditivas de Shapley reveló que tres factores principales influyen en el rendimiento del material: el tiempo de absorción de humedad, la cantidad de sal que contiene y la humedad relativa del aire. Sorprendentemente, la temperatura tuvo un papel menor.

Estos modelos ayudaron a los investigadores a visualizar cómo pequeños cambios en las condiciones afectan la recolección de agua. Esto significa que las mejoras futuras podrían diseñarse con mayor rapidez y precisión, reduciendo el ensayo y error en el laboratorio.

Uno de los aspectos más impresionantes del dispositivo de esponja es su durabilidad. En pruebas al aire libre, recolectó hasta 2,5 mililitros de agua por gramo durante la noche y luego liberó la mayor parte durante el día, alcanzando una eficiencia de recolección de agua diaria del 94 %. El dispositivo resistió bien durante 10 ciclos de absorción y liberación de agua, con una disminución de rendimiento inferior al 12 %.

Incluso después de almacenarse a -20 °C durante 20 días, la esponja siguió absorbiendo agua y funcionó como se esperaba. Esta resistencia a la congelación la hace especialmente valiosa para uso de emergencia en climas fríos.

El Dr. Derek Hao, de la Universidad RMIT de Melbourne, dirigió el estudio con el apoyo del Dr. Junfeng Hou, de la Universidad de Artes y Ciencias de Zhejiang, y otros cinco institutos de investigación chinos. Hao explicó que el diseño combina materiales inspirados en la naturaleza con ingeniería inteligente. Su estructura simple permite su producción en masa y su despliegue en zonas remotas o afectadas por desastres.

Cada cubo de esponja es pequeño: solo 15 milímetros cúbicos. Pero combinando varios cubos o ampliando el sistema, se podrían recolectar mayores volúmenes de agua. El dispositivo podría colocarse en conjuntos y funcionar completamente con energía solar, sin necesidad de baterías ni electricidad.

Los investigadores están en conversaciones con socios de la industria para la producción a escala piloto. Hao señaló que la integración del dispositivo con paneles solares y sensores inteligentes podría permitirle funcionar día y noche. Los sensores podrían monitorear la temperatura del aire, la humedad y la energía solar para optimizar el funcionamiento del sistema.

Hao visualiza modelos futuros aún más inteligentes. Con mejores plataformas de diseño, guiadas por IA , los investigadores podrían probar nuevas combinaciones de materiales sin necesidad de largos experimentos de laboratorio. Esto podría acelerar la innovación y dar lugar a dispositivos más eficientes, más económicos y más adecuados para diferentes climas.

Este avance se basa en años de investigación de nuevos materiales para la AWH. Numerosos grupos han probado hidrogeles, aerogeles y materiales compuestos para mejorar la captación de agua. Estos materiales combinan sales con matrices flexibles como celulosa, goma guar e incluso celulosa bacteriana. Absorben más agua y la liberan con mayor facilidad que materiales más antiguos como el gel de sílice o la zeolita.

Algunos de los diseños más recientes utilizan materiales naturales como lufa, polen de colza y alginato de sodio para crear esponjas ecológicas y eficaces. Estos materiales también se biodegradan tras su uso, lo que reduce el impacto ambiental.

Aun así, muchos de estos métodos anteriores implican una fabricación costosa o compleja. La nueva esponja a base de madera ofrece una alternativa más sencilla y económica. Su combinación de asequibilidad, rendimiento y diseño inteligente podría convertirla en una de las tecnologías más prometedoras para resolver la crisis mundial del agua.