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La evaporaci\u00f3n ocurre a nuestro alrededor todo el tiempo, desde el sudor que enfr\u00eda nuestros cuerpos hasta el roc\u00edo que se quema con el sol de la ma\u00f1ana. Pero es posible que a la comprensi\u00f3n cient\u00edfica de este proceso ubicuo le haya faltado una pieza durante todo este tiempo.<\/p>\n
En los \u00faltimos a\u00f1os, algunos investigadores se han quedado perplejos al descubrir que el agua en sus experimentos, que estaba contenida en un material similar a una esponja conocido como hidrogel, se estaba evaporando a un ritmo mayor de lo que podr\u00eda explicarse por la cantidad de calor o energ\u00eda t\u00e9rmica. , que el agua estaba recibiendo. Y el exceso ha sido significativo: una duplicaci\u00f3n, o incluso una triplicaci\u00f3n o m\u00e1s, de la tasa m\u00e1xima te\u00f3rica.<\/p>\n
Despu\u00e9s de llevar a cabo una serie de nuevos experimentos y simulaciones, y de reexaminar algunos de los resultados de varios grupos que afirmaban haber superado el l\u00edmite t\u00e9rmico, un equipo de investigadores del MIT ha llegado a una sorprendente conclusi\u00f3n: en determinadas condiciones, en la interfaz donde el agua Cuando se encuentra con el aire, la luz puede provocar directamente la evaporaci\u00f3n sin necesidad de calor y, de hecho, lo hace incluso de manera m\u00e1s eficiente que el calor. En estos experimentos, el agua se mantuvo en un material de hidrogel, pero los investigadores sugieren que el fen\u00f3meno tambi\u00e9n puede ocurrir en otras condiciones.<\/p>\n
Los hallazgos se publican esta semana en un art\u00edculo en PNAS<\/em>por el postdoctorado del MIT Yaodong Tu, el profesor de ingenier\u00eda mec\u00e1nica Gang Chen y otras cuatro personas.<\/p>\n El fen\u00f3meno podr\u00eda desempe\u00f1ar un papel en la formaci\u00f3n y evoluci\u00f3n de la niebla y las nubes y, por tanto, ser\u00eda importante incorporarlo a los modelos clim\u00e1ticos para mejorar su precisi\u00f3n, afirman los investigadores. Y podr\u00eda desempe\u00f1ar un papel importante en muchos procesos industriales, como la desalinizaci\u00f3n del agua con energ\u00eda solar, permitiendo quiz\u00e1s alternativas al paso de convertir primero la luz solar en calor.<\/p>\n Los nuevos hallazgos son una sorpresa porque el agua en s\u00ed misma no absorbe la luz en un grado significativo. Es por eso que puedes ver claramente a trav\u00e9s de muchos pies de agua limpia la superficie que se encuentra debajo. Entonces, cuando el equipo comenz\u00f3 a explorar el proceso de evaporaci\u00f3n solar para la desalinizaci\u00f3n, primero colocaron part\u00edculas de un material negro que absorbe la luz en un recipiente con agua para ayudar a convertir la luz solar en calor.<\/p>\n Luego, el equipo se top\u00f3 con el trabajo de otro grupo que hab\u00eda logrado una tasa de evaporaci\u00f3n que duplicaba el l\u00edmite t\u00e9rmico, que es la mayor cantidad posible de evaporaci\u00f3n que puede tener lugar para una determinada entrada de calor, bas\u00e1ndose en principios f\u00edsicos b\u00e1sicos como la Conservacion de energia. Fue en estos experimentos que el agua se uni\u00f3 en un hidrogel. Aunque inicialmente se mostraron esc\u00e9pticos, Chen y Tu comenzaron sus propios experimentos con hidrogeles, incluido un trozo del material del otro grupo. \"Lo probamos en nuestro simulador solar y funcion\u00f3\", confirmando la tasa de evaporaci\u00f3n inusualmente alta, dice Chen. \"As\u00ed que ahora les cre\u00edmos\". Luego, Chen y Tu comenzaron a fabricar y probar sus propios hidrogeles.<\/p>\n \t\t\t\t\t\t\t<\/p>\n \t\t\t\t\t\t\t<\/p>\n Comenzaron a sospechar que el exceso de evaporaci\u00f3n estaba siendo causado por la propia luz: que los fotones de luz en realidad estaban desprendiendo haces de mol\u00e9culas de agua de la superficie del agua. Este efecto s\u00f3lo se producir\u00eda justo en la capa l\u00edmite entre el agua y el aire, en la superficie del material de hidrogel, y quiz\u00e1s tambi\u00e9n en la superficie del mar o en la superficie de las gotas en las nubes o la niebla.<\/p>\n En el laboratorio, monitorearon la superficie de un hidrogel, una matriz similar a gelatina que consiste principalmente en agua unida por una red de membranas delgadas similar a una esponja. Midieron sus respuestas a la luz solar simulada con longitudes de onda controladas con precisi\u00f3n.<\/p>\n Los investigadores sometieron la superficie del agua a diferentes colores de luz en secuencia y midieron la tasa de evaporaci\u00f3n. Lo hicieron colocando un recipiente de hidrogel cargado de agua en una b\u00e1scula y midiendo directamente la cantidad de masa perdida por evaporaci\u00f3n, adem\u00e1s de monitorear la temperatura sobre la superficie del hidrogel. Las luces estaban protegidas para evitar que introdujeran calor adicional. Los investigadores descubrieron que el efecto variaba con el color y alcanzaba su punto m\u00e1ximo en una longitud de onda particular de luz verde. Esta dependencia del color no tiene relaci\u00f3n con el calor y, por lo tanto, respalda la idea de que es la luz misma la que causa al menos parte de la evaporaci\u00f3n.<\/p>\n Los investigadores intentaron duplicar la tasa de evaporaci\u00f3n observada con la misma configuraci\u00f3n pero usando electricidad para calentar el material y sin luz. Aunque el aporte t\u00e9rmico fue el mismo que en la otra prueba, la cantidad de agua que se evapor\u00f3 nunca super\u00f3 el l\u00edmite t\u00e9rmico. Sin embargo, lo hizo cuando la luz solar simulada estaba encendida, confirmando que la luz era la causa de la evaporaci\u00f3n adicional.<\/p>\n Aunque el agua en s\u00ed misma no absorbe mucha luz, y tampoco lo hace el material de hidrogel, cuando los dos se combinan se convierten en fuertes absorbentes, dice Chen. Eso permite que el material aproveche la energ\u00eda de los fotones solares de manera eficiente y supere el l\u00edmite t\u00e9rmico, sin necesidad de tintes oscuros para la absorci\u00f3n.<\/p>\n Habiendo descubierto este efecto, al que han denominado efecto fotomolecular, los investigadores ahora est\u00e1n trabajando en c\u00f3mo aplicarlo a las necesidades del mundo real. Tienen una subvenci\u00f3n del Laboratorio de Sistemas de Agua y Alimentos Abdul Latif Jameel para estudiar el uso de este fen\u00f3meno para mejorar la eficiencia de los sistemas de desalinizaci\u00f3n con energ\u00eda solar, y una Beca Bose para explorar los efectos del fen\u00f3meno en la modelizaci\u00f3n del cambio clim\u00e1tico.<\/p>\n \t\t\t\t\t\t<\/p>\n \t\t\t\t\t\t<\/p>\n Tu explica que en los procesos de desalinizaci\u00f3n est\u00e1ndar, \"normalmente consta de dos pasos: primero evaporamos el agua hasta convertirla en vapor y luego necesitamos condensar el vapor para licuarlo y convertirlo en agua dulce\". Con este descubrimiento, afirma, potencialmente \"podremos lograr una alta eficiencia en el lado de la evaporaci\u00f3n\". El proceso tambi\u00e9n podr\u00eda tener aplicaciones en procesos que requieran secar un material.<\/p>\n Chen dice que, en principio, cree que podr\u00eda ser posible aumentar hasta tres o cuatro veces el l\u00edmite de agua producida por la desalinizaci\u00f3n solar, que actualmente es de 1,5 kilogramos por metro cuadrado, utilizando este enfoque basado en la luz. \"Esto podr\u00eda conducir potencialmente a una desalinizaci\u00f3n barata\", afirma.<\/p>\n Tu a\u00f1ade que este fen\u00f3meno tambi\u00e9n podr\u00eda aprovecharse en los procesos de enfriamiento por evaporaci\u00f3n, utilizando el cambio de fase para proporcionar un sistema de enfriamiento solar altamente eficiente.<\/p>\n Mientras tanto, los investigadores tambi\u00e9n est\u00e1n trabajando estrechamente con otros grupos que est\u00e1n intentando replicar los hallazgos, con la esperanza de superar el escepticismo que ha enfrentado los hallazgos inesperados y la hip\u00f3tesis que se est\u00e1 avanzando para explicarlos.<\/p>\n El equipo de investigaci\u00f3n tambi\u00e9n incluy\u00f3 a Jiawei Zhou, Shaoting Lin, Mohammed Alshrah y Xuanhe Zhao, todos en el Departamento de Ingenier\u00eda Mec\u00e1nica del MIT.<\/p>\n<\/div>\n