Científicos de NYU Abu Dhabi descubren nueva agua

Nov 15, 2023

Houssem Chaaouri/iStock

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El agua dulce es uno de los recursos más preciados de nuestro planeta y es una necesidad fundamental para todos los seres vivos. Sin embargo, la realidad es que el agua dulce es cada vez más escasa en muchas partes del mundo.

Según la ONU, más de 2 mil millones de personas viven sin servicios de agua potable administrados de manera segura, y para 2050, se estima que hasta dos tercios de la población mundial podría vivir en áreas donde el agua escasea durante al menos un mes del año. año. Con la creciente población mundial y el creciente impacto del cambio climático, se espera que la demanda de agua dulce continúe aumentando mientras que el suministro sigue siendo limitado.

Posteriormente, también están en demanda tecnologías innovadoras que ofrecen un medio sostenible para abordar la crisis del agua. Recientemente, Interesting Engineering (IE) informó sobre una iniciativa de este tipo mediante la cual los cristales orgánicos recogen agua de la humedad del aire, incluida la neblina y la niebla.

En el estudio, el científico investigador Patrick Commins y la asociada posdoctoral Marieh B. Al-Handawi en NYU Abu Dhabi (NYUAD) observaron por primera vez el proceso del agua que se condensa espontáneamente de su forma vapor a líquido y se mueve a través de la superficie de un líquido que se sublima lentamente. cristal orgánico.

La sublimación es el proceso por el cual una sustancia cambia directamente de una fase sólida a una fase gaseosa, sin pasar primero a líquido.

Para obtener una visión más profunda de lo que sus hallazgos podrían significar para las futuras tecnologías de recolección de agua, IE entrevistó al dúo, junto con el autor correspondiente nominado en el artículo, Panče Naumov, líder del Laboratorio de Materiales Inteligentes y Director del Centro para Smart Materiales de Ingeniería en NYUAD.

La siguiente sesión de preguntas y respuestas se ha editado ligeramente para que fluya.

IE: En sus propias palabras, ¿podría describir cómo funciona este proceso?

Comunes:En este trabajo, descubrimos un nuevo mecanismo por el cual la humedad del aire puede acumularse en la superficie de un cristal orgánico y el agua resultante puede moverse a través de esa superficie debido a una combinación de procesos físicos.

Estudiamos los principios de este transporte de agua, que son generales y, en principio, se aplicarían a otras superficies que son de naturaleza dinámica; el concepto. Por lo tanto, no es específico del material utilizado en este trabajo.

El mecanismo requiere que la superficie tenga canales muy delgados y cambie su ancho con el tiempo. En nuestro caso, esto se debe a un lento proceso de sublimación en el que la superficie del cristal pasa lentamente de la fase sólida a la gaseosa.

Cortesía de NYUAD

Esto cambia el ancho de los canales y, como resultado, descubrimos que el agua puede moverse a lo largo de los canales. Este movimiento hace que el agua lleve polvo y otras partículas sólidas en su camino.

IE: ¿Podría contarnos sobre la tecnología que ayudó a su descubrimiento?

Comunes: Inicialmente estábamos usando una combinación de técnicas para estudiar las propiedades mecánicas de este material, que se sabe que es flexible. Realizamos una cuidadosa observación de la superficie del material para poder entender el mecanismo de esa deformación.

En los experimentos utilizamos una combinación de dos microscopios de alta resolución, una curiosidad con la que abordamos todos nuestros experimentos, y algo de suerte.

Mientras observábamos la superficie de los cristales durante la noche, notamos un fenómeno inusual: fragmentos de polvo corrían por la superficie siguiendo una trayectoria lineal clara, lo que no se espera de las partículas sólidas, ya que generalmente son estáticas.

El microscopio óptico nos permitió ver los grandes cambios macroscópicos, como las partículas en movimiento. Al mismo tiempo, usamos un microscopio de fuerza atómica para investigar los pequeños cambios de la superficie durante el proceso, como el cambio en la forma de los canales de la superficie.

IE: Describa cómo los cristales capturan agua (es decir, el método técnico) de, por ejemplo, los recursos que se encuentran en el desierto.

Naúmov:Debemos mencionar aquí que, en esta etapa, nuestra investigación es la observación fundamental de un proceso físico que podría convertirse en la base de una nueva tecnología en el futuro.

Si bien podemos imaginar que este proceso se implemente en varias aplicaciones de ingeniería, nuestros resultados se encuentran en una etapa en la que se necesita más investigación para traducir este principio en dispositivos tangibles y operativos para la recolección de agua.

Este es un proceso largo que involucra a científicos e ingenieros que trabajan juntos para construir dispositivos del mundo real que luego se optimizarían, probarían y ampliarían.

En esta primera etapa de la investigación, esperamos posibles patrocinios y asociaciones con partes interesadas relevantes interesadas en traducir este descubrimiento en aplicaciones prácticas. Nos complace trabajar con las partes interesadas en la implementación de la nueva tecnología.

IE: ¿Cuáles son algunas aplicaciones del mundo real donde su método podría ser útil? es decir, ¿quién crees que se beneficiaría del método crystals/?

Al Handawi:En la etapa actual de desarrollo, este nuevo mecanismo es muy interesante desde una perspectiva científica fundamental, ya que descubrimos una nueva forma de mover el agua de forma autónoma a través de las superficies.

Los principios del mecanismo de tener una superficie que cambia lentamente para mover el agua son generales. Creemos que debería ser posible replicarlo con materiales fabricados a propósito distintos del material prototípico que estudiamos en nuestro trabajo.

Dado que este es un fenómeno tan universal, podríamos contemplar una variedad de aplicaciones que involucran el contacto del agua con superficies sólidas. En un caso, podríamos pensar en superficies autolimpiantes conceptualmente nuevas, donde el polvo y otras partículas se eliminarían de forma autónoma a medida que el agua se condensa en la superficie.

Por ejemplo, podríamos imaginar recubrir los paneles solares con materiales que facilitarían la eliminación del polvo y la arena que normalmente se depositan sobre ellos.

IE: ¿Cuáles son las limitaciones de su investigación, incluidos los desafíos para escalar? ¿Podría resumir brevemente los próximos pasos para su enfoque?

Naúmov:Al igual que con la traducción de cualquier tecnología nueva, las limitaciones suelen estar relacionadas con el proceso de evaluación del rendimiento, la optimización del material, el diseño de los dispositivos relacionados y, quizás lo más importante, la ampliación a aplicaciones del mundo real.

Cada uno de estos pasos conlleva algunos desafíos inherentes que deben superarse proponiendo soluciones técnicas adecuadas. Una posible limitación de esta investigación es la ampliación a condiciones del mundo real.

En entornos de laboratorio, solo pudimos probar el material en tamaños microscópicos de cristales. En la siguiente etapa, esto se escalaría mediante el uso de un conjunto de cristales alineados de alguna manera.

Ahora estamos considerando enfoques para este desafío. Esperamos poder ampliar esta investigación involucrando a patrocinadores externos que estén interesados ​​en esta nueva tecnología, lo que nos permitiría incluir ingenieros que trabajarían en los aspectos prácticos de las nuevas superficies autolimpiantes.