EL AGUA EN LA ATMÓSFERA YA NO ES INTOCABLE por el Prof. Dr. D. Alberto Requena Rodríguez, académico de número

La atmósfera contiene gran cantidad de agua. Procedente de las distintas fuentes troposféricas, por evaporación pasa de la superficie de las acumulaciones líquidas a la gaseosa. Siempre se da, incrementándose con la temperatura. En las aguas salinas, además, la pulverización provocada por el batir de las olas, genera microscópicos granos de sal que flotan y juegan el papel de núcleos que propician la precipitación, para completar el ciclo hidrológico global.

El Sol es la principal fuente energética de la Tierra. La distancia al Sol es el factor determinante de la energía que llega a la Tierra, que absorbe una parte y refleja o reemite una parte sustancial de ella. La fracción que una superficie refleja se denomina albedo. En el caso de la Tierra el albedo medio es de un 30%, unas zonas por otras. Un 19 % de la energía solar es absorbida por los gases de la atmósfera, las radiaciones de longitud de onda corta o muy larga y dejan pasar la luz visible y algo de la zona infrarroja y, de esta forma, llega a la superficie, en torno a un 51%, mayormente en las zonas tropicales o subtropicales. Al reemitir la Tierra energía a la atmósfera, lo hace en longitudes de onda más largas, que vuelve a ser capturada por aquélla y esto contribuye a que, por término medio, se mantenga una temperatura en torno a 15 grados, globalmente.

Al margen de consideraciones sobre la incidencia de los procesos fisiológicos en el discurso del ciclo del agua, cabe resaltar el doble papel del agua en relación con la radiación solar. Se halla presente en tres estados de agregación, solido líquido y gas. La componente gaseosa más importante de la atmosfera es el agua en forma de vapor. En la capa más baja de la atmósfera, hasta los 10 -12 kilómetros de altura, están contenidas las tres cuartas partes de la masa de la atmósfera y contienen hasta un 99% del agua atmosférica total. El calentamiento de esta zona es mayormente procedente de la superficie de la Tierra y la temperatura disminuye al ascender, aproximadamente 6.5 grados por kilómetro de altura. Esto provoca una estratificación que genera movimientos convectivos que transportan agua, también, incidiendo en la mezcla y homogeneización.  La mitad del agua atmosférica se concentra en los dos primeros kilómetros. El ciclo del agua forma parte de los denominados ciclos bigeoquímicos al incluir los cuatro grandes depósitos o reservorios del sistema Tierra (atmósfera, hidrosfera, litosfera y biosfera).

Al nivel del mar, cada centímetro cuadrado soporta el peso de 1.03 kilogramos de aire. Sobre nuestra cabeza se apoyan unos 180 kilos de aire, aunque no lo notemos. La estimación es que disponemos de una atmósfera de  5.27×10^18 Kilogramos de aire, o sea 5.27 millones de Tera-Kilos de aire o unos 1018 litros en forma de humedad y gotas de agua suspendidas. De la energía solar recibida anualmente en la Tierra, la mitad se consume en evaporar agua continental y oceánica. El proceso, requiere emplear energía para la ruptura de los enlaces de hidrógeno que mantienen a las moléculas de agua unidas en fase líquida, proceso más rápido cuando se eleva la temperatura. Cuando el vapor contenido en la atmósfera alcanza el punto de saturación del aire, ya no es posible que siga incrementando la concentración a esa temperatura y el excedente se condensa e incluso forma hielo. Son procesos continuos que solamente dependen de la temperatura y de la presión. La humedad relativa se refiere a la proporción entre el agua que hay y la de saturación. Cuando la temperatura disminuye, “cabe” menos agua y condensa y al contrario cuando aumenta. Así, vemos que el contenido del agua de la atmósfera depende de la superficie de la que parte y de las características de la atmósfera. Hay una permanente transferencia de agua de los mares a los continentes a través de la atmósfera, aunque el reservorio atmósfera contiene menos agua que los océanos y continentes. Se estima que el ciclo completo del agua emplea unos nueve días. Se estima, igualmente que, si precipitara todo el vapor de agua contenido en la atmósfera, cubriría un espesor de unos 25 milímetros en toda la superficie de la Tierra. Al cabo del año se estima que por término medio cae sobre el planeta suficiente agua para cubrir 1 metro, lo que conlleva que se recicla unas 40 veces anualmente.

De forma insistente se proponen procedimientos físicos, fundamentalmente, aunque también químicos, para capturar ese agua que en cantidades suficientes están incluidas en la atmósfera circundante. En otros textos anteriores hemos descrito con detalle el empleo del efecto Peltier para mediante una diferencia de temperatura entre las placas, lograr alcanzar en la fría el punto de rocío y condensar agua. Yo mismo he construido dispositivos haciendo uso de esta técnica y el único problema es el escalado de la tecnología para resultar de utilidad pública. Efectivamente, se condensa agua y para emplazamientos de clima riguroso podría ser una alternativa, como el tiempo va evidenciando. La combinación de placas solares para suministrar unos 30 w en un metro cuadrado de placa solar, permiten obtener unos 200 centímetros cúbicos por día, lo que no es razonable para uso generalizado. Se dan cifras de 300 ml en seis horas con un 75% de humedad. Supone entre 650 – 850 vatios-hora de electricitad por kilogramo de agua. Esto ha incentivado la oferta de otras alternativas como la que consiste en atrapar el agua mediante estructuras organometálicas, que desde hace dos décadas se vienen proponiendo. Han sido muchas las propuestas que emplean estos compuestos para capturar distintos compuestos o elementos, como Uranio en el agua del mar, por ejemplo. Se ha empleado zirconio y ácido adípico, propio del nylon, para capturar agua. Yaghi propuso el ingenio con un solo kilogramo del material captador, capaz de producir hasta tres litros de agua en 12 horas. Captura agua en todas las atmósferas, aun cuando en un entorno desértico, con un 20-30% de humedad relativa, es mas problemática la acción, aunque se logra. Absorbe hasta un 20% de su peso en agua.

Ahora, de nuevo se vuelve a insistir por Ho y colaboradores, una propuesta que emplea compuestos organometálicos, pero de una forma cíclica, capturando el agua de la humedad de la noche y desorbiendo en un contenedor durante el día. Así pues, se trata de una captura pasiva del agua atmosférica que usa materiales fototérmicos y la luz del día para proporcionar de forma útil agua a partir de la atmósfera. Es suma, procesos de absorción-desorción en etapas iterativas y actuando la luz como interruptor para completar los ciclos. Se trata de cadenas hidrofílicas sintonizables dispuestas en matrices y capaces de soportar las transiciones hidrofílica-hidrofóbica que constituyen el ciclo de actuación. Los autores informan de producción de 6.39 gramos de agua por gramo de compuesto, por día, a un 90% de humedad relativa y de esta cantidad se recupera como agua utilizable unos 6.04 gramos por gramo, lo que supone un 95% y solamente se pierde un 5% que lo hace a través de la desorción motivada por la radiación solar, En la publicación de Yilmaz et al., Sci. Adv. 2020; 6 : eabc8605 16 October 2020, se pueden ver los detalles de la propuesta.

La cuestión que suscita esta propuesta es una reflexión sobre el agua atmosférica, a la vista de que los procedimientos de su captura se están refinando, lo que hace prever que la dirección es cada vez más profunda y se acerca a la posible aplicación a escala útil. La cuestión que se puede colegir de lo antedicho es la desigual distribución del agua, como muy bien sabemos y sufrimos en estas latitudes. Afortunadamente el ciclo bigeoquímico del agua, garantiza la constancia de la misma. Otra cosa bien diferente es la distribución y disposición, por tanto, para el acceso humano al preciado líquido elemento. También, no escapa al análisis, incluso más ingenuo, que el agua incide directamente en la entrada y salida de energía y redistribución del calor, por tanto, es un agente implicado en el clima. Cualquier modificación espacial o temporal del contenido del agua en la atmósfera altera las condiciones de la superficie terrestre. No podemos olvidar que sequías o inundaciones o alteraciones atmosféricas, tienen relación con el contenido de agua de la atmósfera. Ahora, atravesamos una época de incremento del agua precipitable en la mayor parte del globo, con algunas salvedades, pero de forma generalizada. Tampoco podemos omitir referir que las alteraciones en los cambios de lluvias en distintas regiones del globo tendrían consecuencias en la vida y en la economía de mucha gente. Requiere este líquido elemento un respeto especial a la hora de nuevas propuestas de su captación. Ojo, que el agua en la atmósfera, ya no es intocable.