¿Milagro en Singapur? El aerogel y el vapor de agua tienen futuro


En estas páginas hemos seguido con interés los progresos de Singapur para garantizar el abastecimiento con agua de calidad a sus habitantes y visitantes.  Ahora, sus científicos han creado un aerogel maravilloso. Sorprende agradablemente comprobar como este equipo de ingenieros consigue un éxito tras otro en la generación de nuevos aerogeles. Hace menos de un año, ya presentaron uno realizado con neumáticos de goma usados. Es una alternativa interesantísima para  para reciclar neumáticos. Pero el que ahora se presenta, tiene que ver con el agua.

Singapur necesita agua. Por eso, ha apostado por la reutilización  hasta hacerla apta para el consumo humano. Así podrá liberarse de la pesada carga que supone  su dependencia del vecino malayo, hasta el año 2061. Pero esta solución es muy costosa. Y sigue buscando otras más asequible. Hoy trataremos sobre el milagroso aerogel.

Recordemos que cuando se pretendió renovar el tratado existente sobre suministro de agua con Malasia por un período de 100 años más, solicitando el doble de agua, los malayos respondieron con una tajante negativa a ampliarlo más allá de 2061. Entonces, Singapur decidió de sustituir el casi 50% del agua malaya que consume por recursos propios..

El agua de la lluvia,  2400 mm anuales, se almacena en 17 embalses, que cubren el 30% de la demanda de agua. No se pude ampliar, porque no hay más terrenos que inundar, pues el área inundada por las presas ya es de dos tercios de la superficie terrestre del país y más del 80% de la isla está urbanizada.

Respecto al agua del mar, aporta tras desalinizarse un 10% de la demanda. Hay dos plantas en funcionamiento, con una producción de 0,26 hm³/día. Para el 2060, se espera aumentar la capacidad de desalinización en casi 10 veces para que esta fuente supla el 30% de la demanda futura. Esta es una de las soluciones adoptadas

Y la otra solución fue la de potenciar el uso de agua residual reciclada de alta calidad. La denominan, “NEWater”.. Y con ella cubrirán el 30% de la demanda restante, con la obligación de superar el 50% en el año 2060.

El objetivo es alcanzar la autosuficiencia, dándole la vuelta a la tortilla, para pasar en 40 años a no depender en absoluto de ningún vecino y hacerlo en mucha menor medida de la climatología, sin afectar al medio y pagando por ello el precio más justo posible, porque el agua buena no es cara ni escasa sino costosa. Es muy importante esta distinción, que pocas veces se tiene en cuenta, pero permite que en Singapur o en Dubai no haya restricciones.

El reto de la autosuficiencia se planteó el reto, en 1997. Suponía tener agua buena sin depender de nadie. Entonces el ministro del ramo declaró: “Sobreviviremos. Quizá tengamos que pagar más por el agua en el futuro, pero sobreviviremos”. Y efectivamente, el precio subió en un importante porcentaje. Es el coste a pagar para pasar de ser un país extremadamente vulnerable a un país con políticas públicas encaminadas a lograr la autosuficiencia. Lo costoso que es tener agua buena y medio sano.

Singapur tiene casi seis millones de habitantes que habitan en una superficie de 719 km². Es uno de los países más pequeños del mundo. Por eso su densidad de población es de  7.843 habitantes por km².  Ahora consume 1,8 hm³/día (657 hm³/año), procedentes de las tres fuentes más arriba indicadas y de la importada de Malasia.

La depuradora, Changi Water Reclamation Plant trata 900.000 m³/ día, enviando una parte del agua tratada al mar y otra a la potabilizadora Changi NEWater donde se trata para beberla como marca NEWater, la marca propia de agua reutilizada de Singapur, de la que ya tratamos aquí.

En noviembre de 2017 se iniciaron las obras de la segunda fase que amplía las canalizaciones de la primera hacia el este para conseguir un sistema integrado a todo el país en 2025. El agua residual llegará por gravedad a dos nuevas plantas de reutilización para producir NEWater, o se enviará al mar.

A estas enormes inversiones en reutilización-abastecimiento, los gestores añaden lo típico en estos casos: acciones de regulación de tarifas, de campañas de consumo responsable y eficiente, incremento de presupuestos destinados a investigación y desarrollo de nuevas tecnologías (las inversiones públicas en este ámbito han sido de casi 3 millones de euros en los últimos 12 años), políticas públicas de ahorro y limitación del consumo de agua.

Desde 2017 la agencia del agua ha revisado la tarifa del agua en dos fases, julio de 2017 y julio de 2018, para poder hacer frente a las inversiones en infraestructuras y a los crecientes costes operativos y para satisfacer la demanda futura, con mayor garantía y continuar garantizando  un suministro de agua de alta calidad y confiable. Con esta tarifa se cubre el coste de la potabilización y depuración, la captación, almacenamiento y transporte, la producción NEWater, la desalinización y el mantenimiento y paulatina expansión de la red por toda la isla.

La tarifa incluye también el impuesto de conservación del agua (WCT), que se aplica a la tarifa de agua potable, que refleja el coste adicional de producir más agua potable (por desalinización y NEWater, concienciando a los consumidores del valor del agua que utilizan.

Para compensar, se aumentó el descuento llamado “U-Save” para hogares, de la empresa pública de la vivienda (HDB) que va de $ 40 a $ 120 en función del número de habitaciones de cada piso. En total, los hogares elegibles reciben entre $ 220 y $ 380 en descuentos de U-Save por año, que se abonan automáticamente en su cuenta de servicios públicos.

En esta vida, todo es mejorable. Y en ello se esmera la Universidad de Singapur, buscando  aportar más soluciones. Sobre todo, las que consigan reducir el coste de las estipuladas que acabamos de mencionar. Por ello, investigan sin cesar en nuevas formas de obtener recursos  de la manera más barata e inocua posible.

Y solo han tenido que mirar a su alrededor para darse cuenta que la atmósfera contiene una gran cantidad de agua dulce. Está ahí, pero ¿cómo captarla?

Absorbiendo. Ya en 2018, el químico jordano-estadounidense Omar Yaghi fue premiado por desarrollar materiales muy porosos capaces de retener COy obtener agua del seco vapor del aire desértico. El desarrollo partía de las investigaciones realizadas en la década de los 90 del pasado siglo sobre los MOF (metal organic frameworks) y los COF (covalent organic frameworks).

Su elevadísima porosidad, les hace comportarse como esponjas cristalinas a escala molecular, en las que el tamaño de los poros o celdas se puede diseñar a medida. Destacan por su gran capacidad de absorber otros compuestos y alojarlos en su interior.

En el caso de la captura de agua, lo importante es que se absorben sus moléculas del aire, incluso en ambientes con menos de un 20% de humedad, y se produce agua líquida, con el aporte únicamente de luz solar. El único problema que presentan es que exigen una irradiación solar constante. Y esta premisa, limita su eficiencia, ya que si no hay radiación solar, no hay agua.

Como lo ideal es poder absorberla de la atmósfera siempre, en función de la demanda, los científicos de la Universidad Nacional de  Singapur han presentado una solución que lo permite. Son los padres de la criatura Ho Ghim Wei Gamze Yilmaz y  Fan Lu Meng. Y la criatura es un aerogel esponjoso que transforma moléculas de vapor de agua en ¡agua líquida!. Lo novedosos es que esta transformación no necesita ninguna fuente de alimentación ni tampoco instalaciones móviles.

Supera a las esponjas solares antes citadas. También a los hasta ahora punteros invernaderos de energía solar que liberan el vapor de agua atrapado. Y dejan muy lejos a las famosas redes de recolección de agua de niebla, tan frecuentes en los desiertos

En Singapur, el NUS ha conseguido un milagroso aerogel. El aerogel es un ligerísimo material sólido, que paradójicamente es capaz de aguantar más de mil veces su propio peso. Además es un potente aislante del calor. Su estructura es similar a la del vidrio, solo que con una densidad mil veces inferior  y tres veces mayor que la del aire. Samuel Stephens Kistler lo consiguió en 1931. Se compone de sílice, alúmina y circonio, pero la mayor parte es solo aire.. Por su transparencia, es vulgarmente conocido como humo helado, humo sólido o humo azul. A pesar de ser casi todo aire, su densidad es tres veces mayor. Y parece a simple vista espuma de poliestireno

El aerogel de Singapur, se compone de polímeros largos en forma de serpiente combinados con una estructura organometálica porosa. Los átomos de los compuestos organometálicos forman  enlaces  con  átomos  metálicos y se   forman   mediante   enlaces   covalentes   de carbono  y  algún  metal. Así, pueden  formar polímeros  o  matrices  poliméricas. Por eso estas estructuras son muy valoradas por los investigadores, ya que presentan enormes superficies.

La ventaja principal de este aerogel, reside en que ofrece la estructura química adecuada para atraer y repeler el agua de forma continua y simultánea. Esto le permite, sin necesidad de ayuda exterior, captar y almacenar moléculas de agua del aire del entorno y  licuarlas. De hecho, podría después liberarlas, como si fuera una esponja. Pero a diferencia de la esponja, no hace falta estrujarla para que el líquido se libere.

Además, si se expone a la luz solar, mejora enormemente su rendimiento. Y consigue convertir el 95% del vapor de agua que capta en agua líquida

Su estructura química se corresponde con un polímero-metal-orgánico. Dispone de una membrana de matriz mixta polímero-MOF.  Y la cadena de polímero reticulado se injerta con sustancias hidroactivas y se integra con un MOF estable al agua. Así, este sirve como catalizador para acelerar la cinética de sorción / desorción y aumentar la absorción de agua. Mediante la sorción, se produce la adhesión de sustancias. Y con la desorción se libera el fluido previamente adsorbido, es decir adherido a la superficie sólida..

Con ella, el producto resultante es extremadamente ligero, pero con la resistencia y la rigidez del metal. Aunque además, tiene el diseño, flexibilidad y ligereza de los termoplásticos de elevadas prestaciones.  Y esto le permite ser muy absorbente y liberar espontáneamente a la vez agua atmosférica sin interrupción.

Los singapurenses, han conseguido un suministro continuo de agua durante 1440 horas. Un kilo de aerogel puede producir 17 litros de agua al día. El equivalente a 6 gramos diarios de agua dulce por gramo de sorbente recolector, al 90% de humedad relativa. Y todo ello, sin condensación activa. Esto conduce a una eficiencia total de suministro de líquido del 95% y una eficiencia de suministro de líquido autónomo del 71%, el récord entre los recolectores de agua atmosférica conocidos. El agua producida respeta los límites estrictos impuestos por al OMS, por lo que se puede considerar agua potable. Todo un milagro, ya que supone una solución que promete, si llega a consolidarse en el futuro. Se conseguiría producir un recurso autóctono, sostenible en cualquier tipo de clima, con u mínimo coste energético.

Deseamos el mayor éxito posible en el desarrollo de este aerogel. Y esperamos que pronto se convierta en una solución brillante, que ilumine el futuro del agua. Tiene un muy buena pinta. Por su sencillo diseño, por no necesitar luz natural ni artificial. Tampoco necesita herramientas accesorias ni instalaciones concretas. Ojalá los socios capitalistas afluyan con rapidez y confianza para que la tecnología se desarrolle en el menor tiempo posible.

Un adoquín más en el camino del futuro del agua. En este caso, de aerogel. Les dejamos con las palabras de uno de sus creadores, el profesor Ho Ghim Wei, director del equipo de investigación.

“Dado que el agua atmosférica se repone continuamente mediante el ciclo hidrológico global, nuestra invención ofrece una solución prometedora para lograr una producción sostenible de agua dulce en una variedad de condiciones climáticas, con un costo mínimo de energía ”

Lorenzo Correa

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