Científicos consiguen generar agua a nivel molecular: ¿La solución a una futura sequía?

Por primera vez, investigadores han presenciado, en tiempo real y a escala molecular, la fusión de átomos de hidrógeno y oxígeno para formar pequeñas burbujas de agua de tamaño nanométrico.

El evento ocurrió como parte de un nuevo estudio de la Universidad Northwestern, durante el cual los científicos buscaron cómo el paladio, un elemento metálico raro, cataliza la reacción gaseosa para generar agua. Al presenciar la reacción a escala nanométrica, el equipo de Northwestern ha desentrañado cómo ocurre el proceso e incluso descubrió nuevas estrategias para acelerarlo.

Debido a que la reacción no requiere condiciones extremas, los investigadores dicen que podría aprovecharse como una solución práctica para generar agua rápidamente en entornos áridos, incluso en otros planetas.

"Al visualizar directamente la generación de agua a escala nanométrica, pudimos identificar las condiciones óptimas para la generación rápida de agua en condiciones ambientales", dijo en un comunicado Vinayak Dravid, profesor de ingeniería de materiales en Northwestern, y autor principal del estudio. 

"Estos hallazgos tienen implicaciones importantes para aplicaciones prácticas, como permitir la generación rápida de agua en entornos del espacio profundo utilizando gases y catalizadores metálicos, sin requerir condiciones de reacción externas".

"Piense en el personaje de Matt Damon en la película 'Marte'. Quemó combustible para cohetes para extraer hidrógeno, y luego agregó oxígeno. Nuestro proceso es análogo, excepto que evitamos la necesidad de fuego y otras condiciones extremas. Simplemente mezclamos paladio y gases juntos".

Desde principios del siglo XX los investigadores han sabido que el paladio puede actuar como catalizador para generar agua rápidamente. Pero exáctamente cómo ocurre esta reacción ha sido un misterio.

"Es un fenómeno conocido, pero nunca se entendió por completo", dijo Yukun Liu,  el primer autor del estudio. "Porque realmente necesitas poder combinar la visualización directa de la generación de agua y el análisis de la estructura a escala atómica para averiguar qué está sucediendo con la reacción y cómo optimizarla".

Pero ver el proceso con precisión atómica era prácticamente imposible hasta hace nueve meses. En enero de 2024, el equipo de Dravid presentó un nuevo método para analizar moléculas de gas en tiempo real: una membrana vítrea ultradelgada que contiene moléculas de gas dentro de nanorreactores con forma de panal, para que puedan verse dentro de microscopios electrónicos de transmisión de alto vacío.

Utilizando la nueva tecnología, los científicos examinaron la reacción del paladio. Primero, vieron cómo los átomos de hidrógeno entraban en el paladio, expandiendo su red cuadrada. Pero cuando vieron que se formaban pequeñas burbujas de agua en la superficie del paladio, los investigadores no podían creer lo que veían sus ojos.

"Creemos que puede ser la burbuja más pequeña jamás formada que se haya visto directamente. No es lo que esperábamos. Afortunadamente, lo estábamos grabando, así que pudimos demostrar a otras personas que no estábamos locos".

Después de confirmar que la reacción del paladio generaba agua, los investigadores buscaron optimizar el proceso. Agregaron hidrógeno y oxígeno por separado en diferentes momentos, o los mezclaron para determinar qué secuencia de eventos generaba agua a la velocidad más rápida.