Las reglas están para romperlas, suele decirse. Y eso, en el ámbito científico, implica proponer soluciones insólitas a situaciones tan complejas como el cambio climático, el coste de la energía o la escasez de agua. Son tres problemas independientes, pero están íntimamente relacionados. Se pueden buscar soluciones individuales como un sistema que enfría los edificios sin usar aire acondicionado, mejorando el rendimiento de las placas solares o con un invento para tener agua potable barata. Pero también se pueden desarrollar sistemas integrales que hagan frente a todos ellos de forma simultánea.
Es lo que propone un equipo de investigadores del Instituto Nacional de Tecnología B. R. Ambedkar de Jalandhar (India), que ha ideado un sistema para la producción de agua dulce desalinizada, además de proporcionar aire acondicionado y agua caliente sanitaria en edificios residenciales. Su hallazgo, detallado en un artículo publicado en la revista Energy Nexus, se basa en un ciclo de humidificación-deshumidificación y refrigeración por compresión de vapor. Y todo se centraliza a través de una bomba de calor alimentada únicamente por energía fotovoltaica procedente de paneles solares.
El sistema parece complejo, dados los muchos elementos que lo integran, pero los cálculos son claros, y las pruebas empíricas que llevaron a cabo secundan los resultados obtenidos a través de las simulaciones por ordenador. "La planta también tiene la capacidad de generar aire frío o aire caliente en función de la estación del año. La refrigeración del evaporador de la bomba de calor se utiliza para la deshumidificación final del aire", indican en el informe. Las cifras son elocuentes: su solución conseguiría hasta 5,5 litros de agua dulce por hora y un máximo de 6,8 kW de potencia de refrigeración.
Cómo funciona
Para poner en marcha su sistema, los investigadores indios desarrollaron un circuito en el que conectaron una instalación fotovoltaica, una bomba de calor, ventiladores, precalentadores de aire, humidificadores, deshumidificadores, recalentadores de aire, calentadores solares de agua (SWH) y bombas de circulación de agua. ¿El objetivo? Aprovechar la radiación solar y las energías de refrigeración y calefacción para climatizar un espacio interior y desalar al mismo tiempo agua procedente del mar.
"La central solar fotovoltaica suministra energía al ventilador, al compresor de vapor y a las bombas. Los condensadores de refrigeración por agua (bombas de calor) y los SWH suministran agua caliente a los humidificadores, precalentadores y sistemas de precalentamiento del aire", explican los investigadores. El único elemento que desentona en el conjunto, por su efecto nocivo para el medioambiente, es el fluido R410A que circula por el sistema, cuyo subproducto es un potente gas de efecto invernadero.
El prototipo desarrollado por los científicos de Jalandhar
En todo caso, esas emisiones quedan compensadas por la eficiencia del invento en su conjunto, que permite la producción de aire frío y caliente, además de agua potable. Para ello, se utiliza el conocido como ciclo HDH-VCR. El HDH se usa habitualmente para controlar los niveles de humedad en el flujo de aire: primero lo humidifca y después elimina la humedad sobrante. Por su parte, el VCR es el proceso por el cual un refrigerante (en este caso el R410A) cambia de estado entre líquido y vapor, lo que conlleva la absorción del calor y el enfriamiento del aire.
Para entender mejor el potencial de la solución y estudiar su viabilidad, los científicos primero llevaron a cabo todo tipo de simulaciones teóricas. Demostrada su eficacia sobre el papel, pasaron al experimento en condiciones reales. Así, pudieron comprobar que el sistema era capaz de generar entre 3,5 y 5,5 litros de agua dulce cada hora (entre 84 y 132 litros al día, en caso de estar en funcionamiento permanente). También ofrecía entre 6 y 6,8 kW de efecto refrigerante, con un 4,2 de coeficiente de rendimiento energético (EPR) y un caudal de aire de 1.000 m3/h.
"El aprovechamiento de los efectos refrigerantes y de rechazo de calor de una bomba de calor mejora el coeficiente de rendimiento del sistema", sostiene el equipo de investigadores de Jalandhar, aunque son necesarios nuevos estudios para demostrar la escalabilidad y potencial comercial del sistema tanto para aplicaciones residenciales como industriales.
Inventos contra la sequía
La sequía es una preocupación creciente a medida que se acelera el cambio climático. Pese a las recientes lluvias, la escasez de agua amenaza el presente y el futuro de países como España. Sin embargo, como demuestra esta solución, la tecnología puede ser el mejor aliado, y ya hay disponibles en el mercado productos como un ingenioso invento español que ahorra hasta un 70% de agua de riego o el que permite gastar un 40% menos de agua en tu casa.
Uno de los sistemas para captar agua del aire
Entre las investigaciones más prometedoras, destaca una llevada a cabo por científicos de la Universidad de Maryland (EEUU), que han encontrado una alternativa prometedora para la captación de agua en zonas con escasez. Se trata de una espuma compuesta de materiales naturales y abundantes en la Tierra que es capaz de absorber hasta el 670% de su peso gracias a la humedad atmosférica y liberar rápidamente el 95% en forma de agua potable sin necesidad de energía, solo exponiéndose a la luz solar.
No son los únicos que están persiguiendo recolectar agua del aire. El año pasado, la Universidad de Texas presentó un material capaz de generar hasta 6 litros de agua con la humedad del desierto con un sólo kilogramo de gel. Por su parte, la Universidad de Melbourne ideó una tecnología con el objetivo de aprovechar el agua presente en el aire para producir hidrógeno verde en zonas con acceso restringido al agua y la electricidad.