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La tecnología de ciencia ficción podría resolver la crisis mundial del agua

Imagine una pequeña caja que pueda recolectar agua potable del aire, incluso en el desierto de Mojave. Es sólo una de las nuevas tecnologías alucinantes destinadas a resolver la crisis mundial del agua, cuya escala exige una innovación a nivel de ciencia ficción.

Según las Naciones Unidas, más de 2 mil millones de personas en todo el mundo carecen de acceso a agua potable. Ante la escasez natural de agua y las sequías amplificadas por el cambio climático, muchas personas tienen un acceso limitado al agua, mientras que otras sufren suministros de agua contaminada. Muchos enfrentan ambos problemas.

Están surgiendo herramientas y técnicas imaginativas para generar agua y limpiarla. Los científicos han creado computadoras cerebrales microbianas para detectar toxicidad, han eliminado el plomo del H2O con electricidad y han construido un dispositivo de purificación sin energía que resiste el error humano.

En última instancia, estas tecnologías podrían proteger la salud de personas en todo el mundo, ya sea en ciudades con tuberías contaminadas con plomo o en entornos rurales donde los pozos compartidos pueden secarse.

Una de las fuentes de agua más ricas del planeta se esconde a plena vista: el aire.

Menos del 0,001 por ciento de la humedad de la atmósfera podría suministrar a cada habitante de la Tierra 50 litros de agua, según Omar M. Yaghi, PhD, profesor de química de la Cátedra James y Neeltje Tretter de la Universidad de California en Berkeley.

El laboratorio de Yaghi desarrolló una nueva forma de aprovechar este inmenso recurso invisible.

Unen moléculas en estructuras que se asemejan a andamios, con moléculas orgánicas como puntales y átomos metálicos como uniones. Estas estructuras organometálicas, o MOF, por sus siglas en inglés, tienen vastas superficies: dos campos de fútbol de extensión plegados en un pellizco del tamaño de un guisante.

El recolector de agua de plexiglás de Yaghi está lleno de MOF, que pueden extraer agua incluso del aire más seco del desierto. La caja se calienta cuando se expone a la luz solar, lo que hace que los MOF extraigan la humedad del aire, que luego se libera como agua lista para beber.

“No existe ningún material en el mundo que absorba agua y la libere de esa manera, con una humedad muy baja, excepto el MOF”, dice Yaghi.

Con sólo 200 gramos de MOF, la caja alimentada por energía solar puede recolectar más de un galón de agua por día.

La versión eléctrica puede repetir el ciclo de recolección y liberación durante todo el día.

Los organismos microscópicos unicelulares pueden contener la clave para un problema diferente: una prueba sencilla para la seguridad del agua.

Los microbios han evolucionado para reconocer y protegerse de las toxinas del agua que los humanos no pueden saborear ni ver, incluido el arsénico. E. coliy liderar.

“Tienen algo así como un cerebro molecular genético que les ayuda a hacer esto”, dice Julius B. Lucks, PhD, profesor y catedrático asociado de ingeniería química y biológica en la Universidad Northwestern.

Los microbios tienen proteínas biosensoras, también llamadas biosensores, que se adhieren a las toxinas, un proceso que activa un determinado gen, como el que bombea plomo fuera del organismo.

Los investigadores descubrieron que podían extraer ciertos biosensores y reconectar el ADN para producir un gen diferente: uno que brilla en presencia del contaminante.

Luego editaron más proteínas biosensoras y las rediseñaron para que reaccionaran a niveles específicos de contaminación.

El producto final es una computadora de ADN portátil: una fila de tubos de ensayo que contienen proteínas liofilizadas. Cuanto mayor sea la contaminación en una muestra de agua, mayor será el número de tubos que brillarán.

“Sólo si se cumplen ciertas condiciones las moléculas finales de ADN se ensamblan y producen un color fluorescente”, dice Lucks. “Es algo mágico”.

El cloro es una herramienta poderosa para matar patógenos transmitidos por el agua que causan enfermedades, pero puede resultar complicado utilizarlo de forma eficaz. Los métodos comunes, como las tabletas de cloro y los dispositivos dispensadores con perilla, dejan un enorme margen para el error humano.

Los investigadores del Instituto Tufts de Medio Ambiente querían que el cloro fuera fácil de usar en fuentes de agua comunitarias compartidas en lugares que carecen de electricidad.

Su elegante solución tiene sólo dos componentes: una pequeña caja que se fija al extremo de una tubería de agua y un tanque lleno de cloro líquido.

“Muchos de los beneficios para la salud que encontramos al tener agua tratada requieren que se trate el agua todo el tiempo”, dice Julie E. Powers, investigadora principal del dispositivo mientras estuvo en Tufts y ahora estudiante de doctorado en ingeniería ambiental. en la Universidad de California Berkeley.

Debido a que la caja tiene un diámetro más estrecho que la tubería, provoca un cambio de presión a medida que el agua fluye a través de ella. Este cambio de presión, conocido como efecto Venturi, extrae cloro del tanque hacia la corriente de agua, por lo que se trata automáticamente sin electricidad.

Los investigadores instalaron el dispositivo Venturi en quioscos de agua en siete comunidades de Bangladesh y Kenia, donde el acceso al agua potable suele ser limitado. Después de una prueba de 6 meses, cinco comunidades optaron por comprarlo.

Sorprendidos por la crisis del agua con plomo en Flint, Michigan, científicos y estudiantes del Instituto de Tecnología de Massachusetts reutilizaron su tecnología de desalinización para eliminar metales pesados.

Ya habían descubierto cómo utilizar la electricidad para separar las impurezas del agua. Ese método, conocido como electrodiálisis de choque, puede eliminar grandes cantidades de sodio del agua de mar. Pero el sodio es un ingrediente esencial en el agua potable, donde se encuentra en concentraciones mucho más pequeñas, y el plomo puede ser difícil de eliminar sin eliminar todo lo demás.

“El plomo es muy complicado. Si intentas filtrarlo usando electricidad, es posible que juegue contigo y se adhiera a las paredes o superficies del sistema que estás usando”, dice Mohammad A. Alkhadra, candidato a doctorado en el Departamento de Química. Ingeniería en el Instituto de Tecnología de Massachusetts.

Su tecnología se basa en materiales porosos cargados eléctricamente, como piezas microscópicas de vidrio, que quedan atrapadas en la carcasa de un filtro como el carbón activado en un filtro Brita, y eliminan el 95 por ciento del plomo.

Estos materiales aumentan la conductividad eléctrica del agua, poniendo en movimiento iones de sodio y metales y dejando una zona purificada a su paso. Sólo el agua pura de esa zona se introduce en un depósito de agua potable.

“El agua era algo que crecí apreciando y reconociendo su valor”, dice Alkhadra, quien creció en Arabia Saudita, un país azotado por la escasez de agua.

A medida que un número cada vez mayor de personas se enfrenta a suministros de agua menguantes y contaminados, es una mentalidad que muchos tal vez deban adoptar.

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