Sin embargo, la generación de vapor de agua normalmente requiere grandes cantidades de energía para calentar y finalmente hacer hervir agua u otro líquido. Varios investigadores de la Universidad Rice (Estados Unidos) acaban de descubrir un atajo. Mediante el uso de nanopartículas capaces de absorber la luz estando suspendidas en agua, el grupo fue capaz de convertir las moléculas de agua que rodean a dichas nanopartículas en vapor, sin apenas elevar la temperatura del agua restante. El truco podría reducir drásticamente el coste de muchos procesos que dependen del vapor.
El equipo de Rice utilizó una lente de Fresnel para enfocar luz solar en un pequeño tubo de agua con altas concentraciones de nanopartículas suspendidas en el fluido. El agua, que se había enfriado hasta casi alcanzar el punto de congelación, comenzó a generar vapor entre cinco y 20 segundos después, dependiendo del tipo de nanopartículas utilizadas. Los cambios en la temperatura, la presión y la masa revelaron que el 82 por ciento de la luz solar absorbida por las nanopartículas fue directamente a la generación de vapor, mientras que solo el 18 por ciento se destinó a calentar el agua.
"Es una nueva forma de producir vapor sin hacer hervir el agua", indica Naomi Halas, directora del Laboratorio de Nanofotónica de la Universidad Rice. Halas señala que el trabajo "abre muchas puertas interesantes en cuanto a posibles usos del vapor".
La nueva técnica podría usarse, por ejemplo, para crear dispositivos de generación de vapor de bajo coste para la purificación de agua a pequeña escala, la esterilización de instrumentos médicos y el tratamiento de aguas residuales en países en vías de desarrollo con recursos e infraestructura limitados.
El uso de nanopartículas para aumentar la transferencia de calor en el agua y otros fluidos ha sido bien estudiado, pero pocos investigadores han examinado el uso de partículas para absorber la luz y generar vapor.
En el estudio actual, Halas y sus colegas utilizaron nanopartículas optimizadas para absorber el espectro más amplio posible de luz solar. Cuando la luz golpea las partículas, su temperatura se eleva rápidamente muy por encima de los 100 °C, el punto de ebullición del agua, haciendo que las moléculas de agua se evaporen.
El modo preciso en que las partículas y moléculas de agua interactúan sigue siendo un misterio. Los modelos convencionales de transferencia de calor sugieren que la luz solar absorbida debería disiparse en el líquido a su alrededor antes de hacer que el agua hierva. "Parece existir algún tipo de barrera térmica a nanoescala, porque claramente se crea muchísimo vapor", señala Halas.
El sistema ideado por Halas y sus colegas mostró una eficacia del 24 por ciento en la conversión de luz solar en vapor.
Todd Otanicar, ingeniero mecánico en la Universidad de Tulsa (EE.UU.) y que no participó en el nuevo estudio, asegura que los hallazgos podrían tener implicaciones significativas para la generación de energía solar térmica a gran escala. Las centrales termosolares suelen utilizar luz solar concentrada para calentar fluidos como, por ejemplo, aceite, que después se utiliza para calentar agua y generar vapor. Otanicar calcula que mediante la generación de vapor directamente con nanopartículas suspendidas en agua, ese sistema podría ver un aumento de la eficiencia de un 3 a un 5 por ciento y un ahorro del 10 por ciento, puesto que podría usarse un diseño menos complejo.
Otanicar advierte que la durabilidad, es decir, la habilidad de las nanopartículas para absorber repetidamente la luz solar y generar vapor, aún tiene que ser probada, pero añade que la eficiencia del 24 por ciento alcanzada en el presente estudio es alentadora. "Es el inicio en la optimización de este enfoque", afirma.