Οι ξηρασίες έχουν κάνει πρωτοσέλιδα σε ολόκληρο τον κόσμο τα τελευταία χρόνια, από την κρίση των υδάτων της Καλιφόρνιας μέχρι τη σοβαρή έλλειψη νερού στο Κέιπ Τάουν, και η έρευνα δείχνει ότι το 25% του πλανήτη θα μπορούσε τελικά να παραμείνει σε μόνιμη ξηρασία λόγω της κλιματικής αλλαγής. Αλλά τι θα γίνει αν απλά θα μπορούσατε να τραβήξετε νερό από τον αέρα;
Αυτή είναι η προϋπόθεση μιας νέας τεχνολογίας που αναπτύχθηκε από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, ερευνητές του Berkeley. Είναι ένας συλλέκτης νερού που μπορεί να απομακρύνει το νερό από τον αέρα, ακόμη και σε εξαιρετικά ξηρά κλίματα, χωρίς ενέργεια εκτός από το ηλιακό φως του περιβάλλοντος.
Το κλειδί για τη συλλογή νερού είναι μια νέα κατηγορία υλικών που ονομάζονται μεταλλικά-οργανικά πλαίσια (MOFs). Αυτά τα MOF είναι στερεά, αλλά πορώδη υλικά με τεράστιες επιφάνειες - ένα MOF το μέγεθος του ζαχάρου μπορεί να έχει την εσωτερική επιφάνεια τόσο μεγάλη όσο πολλά γήπεδα ποδοσφαίρου. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να απορροφήσουν αέρια και υγρά και στη συνέχεια να τα απελευθερώσουν γρήγορα όταν προστεθεί θερμότητα.
"Ορισμένα MOF, όπως δείξαμε εδώ, έχουν εξαιρετική ικανότητα να πιπιλίζουν υδρατμούς από την ατμόσφαιρα, αλλά ταυτόχρονα δεν συγκρατούν τα μόρια του νερού μέσα στους πόρους τους πολύ σφιχτά έτσι ώστε να είναι εύκολο να βγει το νερό έξω, Λέει ο Omar Yaghi, καθηγητής χημείας στο Berkeley, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας.
Οι ερευνητές εξέτασαν τη μηχανή συγκομιδής στο Scottsdale, Arizona, μια πόλη έρημο με υγρασία 40 τοις εκατό το βράδυ και υγρασία 8 τοις εκατό κατά τη διάρκεια της ημέρας. Με βάση τις δοκιμές που χρησιμοποιούν MOF βασισμένο στο ζιρόνιο, οι ερευνητές πιστεύουν ότι ο θεριστής θα μπορούσε τελικά να εκχυλίσει περίπου 3 ουγγιές νερού ανά λίβρα MOF ανά ημέρα.
Ο ίδιος ο συλλέκτης είναι ένα κιβώτιο μέσα σε ένα κιβώτιο. Το εσωτερικό κουτί περιέχει ένα κρεβάτι MOF. Το εξωτερικό κουτί είναι ένα διαφανές πλαστικό κύβο δύο ποδιών. Τη νύχτα, οι ερευνητές έφυγαν από την κορυφή από το εξωτερικό κουτί για να αφήσουν τον αέρα να διαρρεύσει πέρα από τους MOF. Την ημέρα, έβαλαν την κορυφή πίσω έτσι ώστε το κιβώτιο θα θερμαίνεται από τον ήλιο. Η θερμότητα θα τραβούσε το νερό από τα MOF, όπου θα συμπυκνούσε στα εσωτερικά τοιχώματα του πλαστικού κύβου πριν στάξει στον πυθμένα, όπου θα μπορούσε να συλλεχθεί.
"Η πιο σημαντική πτυχή αυτής της τεχνολογίας είναι ότι είναι εντελώς ενεργειακά παθητική", λέει ο Eugene Kapustin, ένας μεταπτυχιακός φοιτητής του Berkeley που εργάστηκε στην έρευνα.
Δηλαδή, δεν χρειάζεται ενέργεια εκτός από τον ήλιο, καθιστώντας το φιλικό προς το περιβάλλον και προσιτό στους ανθρώπους σε χώρους με περιορισμένη ηλεκτρική ενέργεια. Τα αποτελέσματα των δοκιμών δημοσιεύθηκαν νωρίτερα αυτό το μήνα στο περιοδικό Science Advances .
Η ομάδα πρέπει να διεξάγει περισσότερες δοκιμές στα τρέχοντα μοντέλα για να καταλάβει ποιοι παράγοντες, όπως το μέγεθος της συσκευής και όπου τοποθετείται το MOF εντός της συσκευής, επηρεάζουν περισσότερο το πόσο νερό μπορεί να συλλεχθεί. Ελπίζουν επίσης να μάθουν περισσότερα σχετικά με το πώς οι συγκεκριμένες κλιματολογικές συνθήκες επηρεάζουν την απόδοση του νερού. Η επόμενη δοκιμή έχει προγραμματιστεί για το τέλος του καλοκαιριού στην κοιλάδα του θανάτου, όπου η νυχτερινή υγρασία μπορεί να είναι τόσο χαμηλή όσο το 25 τοις εκατό.
Εικόνα μικροσκοπίου κρυστάλλων ενός MOF (UC Berkeley) Ο Yaghi έχει επίσης αναπτύξει ένα νέο MOF με βάση το αλουμίνιο που λέει ότι είναι 150 φορές φθηνότερο και μπορεί να συλλάβει δύο φορές περισσότερο νερό από τα τρέχοντα MOF. Αυτός και η ομάδα του σχεδιάζουν μια νέα μηχανή συγκομιδής νερού που τραβάει ενεργά αέρα στους MOF σε υψηλή ταχύτητα, παρέχοντας έτσι πολύ μεγαλύτερο όγκο νερού.
Η ομάδα συνεργάζεται τώρα με τη βιομηχανία για τη δοκιμή των μηχανών συγκομιδής σε βιομηχανική κλίμακα. Συνεχίζουν επίσης να αναζητούν νεώτερα, καλύτερα και φθηνότερα ΜΟΧ.
"Είμαι πολύ χαρούμενος που βλέπω ότι όλο και περισσότεροι ερευνητές σε όλο τον κόσμο συμμετέχουν στις προσπάθειές μας από αυτή την άποψη", λέει ο Yaghi.
Η ιδέα της απορρόφησης ύδατος από την ατμόσφαιρα δεν είναι καινούργια, λέει ο Eric Hoek, καθηγητής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας του Λος Άντζελες και συντάκτης του περιοδικού npj Clean Water . Είναι γνωστό από καιρό ότι όταν τρέχετε ένα κλιματιστικό, το νερό στάζει - αυτό συμβαίνει επειδή το μηχάνημα ψύχει τον αέρα στο σημείο δρόσου, τη θερμοκρασία στην οποία ο αέρας είναι κορεσμένος με υδρατμούς και η συμπύκνωση.
Αλλά η δημιουργία θερμοκοιτίδων με βάση την τεχνολογία ψύξης είναι απίστευτα έντονη. Σε πολύ ξηρά κλίματα, το σημείο δρόσου είναι κάτω από το μηδέν. Η ψύξη του αέρα σε αυτή τη θερμοκρασία σε οποιαδήποτε μεγάλη κλίμακα είναι ανέφικτη.
"Η πραγματική καινοτομία [της έρευνας Yaghi] είναι μια καινοτομία υλικών", λέει ο Hoek. "Αυτά τα υλικά [MOFs] τραβούν το νερό έξω και πιο εύκολα να το εγκαταλείψουν."
Όμως, η ιδέα είναι δύσκολη στην κλίμακα, προειδοποιεί ο Hoek, καθώς η ποσότητα νερού που παράγεται ανά τετραγωνική ίντσα του θεριστικού μηχανήματος είναι σχετικά χαμηλή και συνεπώς μια μεγάλη μηχανή συγκομιδής θα μπορούσε να πάρει μια τεράστια έκταση γης.
"Αλλά ίσως για μια κλίμακα νοικοκυριού ή χωριού θα μπορούσε να είναι ένας πολύ ενδιαφέρων τρόπος για κάποιον από το δίκτυο για να πάρει γλυκό νερό", λέει ο Hoek.
Ο Yaghi φαντάζεται ακριβώς αυτό: ένα μέλλον όπου όλοι χωρίς εύκολη πρόσβαση στο γλυκό νερό έχουν μια μηχανή συγκομιδής στην αυλή τους.
"Το όραμά μου είναι να επιτύχουμε το" εξατομικευμένο νερό ", όπου οι άνθρωποι που ζουν σε περιοχές με έντονη υγρασία έχουν μια συσκευή στο σπίτι που λειτουργεί με ηλιακή ενέργεια, παρέχοντας το νερό που ικανοποιεί τις βασικές ανάγκες των ατόμων", λέει. "Περισσότερο από το ένα τρίτο του πληθυσμού στον κόσμο ζει σε περιοχές με έντονη υγρασία ή υποφέρει από έλλειψη καθαρού νερού. Οι πιθανές συνέπειες αυτής της τεχνολογίας για τη μετατροπή της ζωής των ανθρώπων και τη βελτίωση των παγκόσμιων συνθηκών δημόσιας υγείας είναι τεράστιες. "
