Pölyt ovat viime vuosien aikana saaneet otsikoita ympäri maailmaa Kalifornian vesikriisistä Kapkaupungin vakavaan vesipulaan, ja tutkimusten mukaan 25 prosenttia maapallosta voisi lopulta jäädä pysyvään kuivuuteen ilmastonmuutoksen vuoksi. Mutta entä jos voisit vetää vettä ilmasta?
Se on lähtökohta uudesta tekniikasta, jonka Kalifornian yliopisto on kehittänyt, Berkeleyn tutkijat. Se on vedenkorjuulaite, joka voi ottaa vettä ilmasta jopa erittäin kuivassa ilmastossa ilman mitään muuta energiaa kuin ympäröivän auringonvalon.
Avain vedenkorjaamoon on uusi materiaaliluokka, jota kutsutaan metalli-orgaanisiksi kehyksiksi (MOF). Nämä MOF: t ovat kiinteitä, mutta huokoisia materiaaleja, joilla on valtavat pinta-alat - sokerikuutun kokoisella MOF: n sisäpinta-ala voi olla niin suuri kuin monilla jalkapallokentällä. Tämä tarkoittaa, että ne voivat imeä kaasuja ja nesteitä ja vapauttaa ne sitten nopeasti, kun lämpöä lisätään.
"Tietyillä MOF-yhdisteillä, kuten täällä osoitimme, on poikkeuksellinen kyky imeä vesihöyryä ilmakehästä, mutta samalla ne eivät pidä kiinni vesimolekyyleissään huokostensa sisällä liian tiukasti, jotta vesi on helppo päästä pois, ”Sanoo Bermarin kemian professori Omar Yaghi, joka johti tutkimusta.
Tutkijat kokeilivat harvesteria Scottsdalessa, Arizonassa, autiomaassa, jossa kosteus on korkea 40 prosenttia yöllä ja 8 prosenttia kosteus päivällä. Tutkimuksissa, joissa käytettiin zironiumipohjaista MOF: ää, tutkijat uskovat, että harvesteri voisi lopulta uuttaa noin 3 unssia vettä kiloa kohti MOF: ää päivässä.
Itse harvesteri on laatikko laatikon sisällä. Sisärasia sisältää MOF-sängyn. Ulompi laatikko on kaksijalkainen läpinäkyvä muovikuutio. Yöllä tutkijat jättivät ulomman laatikon yläreunan päästämään ilmaa virtaamaan MOF: ien ohi. Päivän aikana he asettavat yläosan takaisin, jotta aurinko lämmitti laatikkoa. Lämpö vetäisi vettä MOF: istä, missä se tiivistyisi muovikuution sisäseinämiin ennen kuin tippuu pohjaan, missä se voitaisiin kerätä.
"Tärkein tämän tekniikan näkökohta on, että se on täysin passiivinen energialle", kertoo tutkimuksessa työskennellyt Berkeleyn jatko-opiskelija Eugene Kapustin.
Toisin sanoen, se ei tarvitse aurinkoa lukuun ottamatta energiaa, mikä tekee siitä ympäristöystävällisen ja ihmisten saatavilla paikoissa, joissa sähköä on rajoitetusti. Kokeiden tulokset julkaistiin aiemmin tässä kuussa Science Advances -lehdessä.
Ryhmän on suoritettava lisää kokeita nykyisillä malleilla selvittääkseen, mitkä tekijät, kuten laitteen koko ja missä MOF sijoitetaan laitteeseen, vaikuttavat parhaiten siihen, kuinka paljon vettä voidaan kerätä. He myös toivovat oppivansa enemmän siitä, kuinka erityiset ilmasto-olosuhteet vaikuttavat veden saantoon. Seuraava koe on tarkoitus suunnitella loppukesästä Death Valleyssä, missä öinen kosteus voi olla niinkin alhainen kuin 25 prosenttia.
Mikroskooppikuva MOF-kiteistä (UC Berkeley) Yaghi on myös kehittänyt uuden alumiinipohjaisen MOF: n, jonka mukaan hän on 150 kertaa halvempi ja pystyy sieppaamaan kaksi kertaa niin paljon vettä kuin nykyiset MOF: t. Hän ja hänen tiiminsä suunnittelevat uuden vesimurssin, joka vetää aktiivisesti ilmaa monitoimilaitteisiin suurella nopeudella toimittaen siten paljon suuremman määrän vettä.
Ryhmä tekee nyt yhteistyötä teollisuuden kanssa testata harvestereita teollisessa mittakaavassa. He jatkavat myös uusien, parempien ja halvempien MOF-arvojen etsimistä.
"Olen erittäin iloinen nähdessäni, että yhä useammat tutkijat ympäri maailmaa ovat liittymässä ponnisteluihimme", Yaghi sanoo.
Ajatus veden imemisestä ilmakehästä ei ole uusi, sanoo Los Angelesin Kalifornian yliopiston tekniikan professori ja npj Clean Water -lehden toimittaja Eric Hoek. On jo kauan todettu, että kun käytät ilmastointilaitetta, vesi tippuu ulos - tämä johtuu siitä, että kone jäähdyttää ilmaa kastepisteeseen, lämpötilaan, jossa ilma on kylläinen vesihöyryllä ja tapahtuu kondensoitumista.
Mutta jäähdytysteknologiaan perustuvien vesimurssien luominen on uskomattoman energiaintensiivistä. Hyvin kuivassa ilmastossa kastepiste on alle nollan. Ilman jäähdyttäminen siihen lämpötilaan suuressa mittakaavassa ei ole mahdollista.
”[Yaghin tutkimuksen] todellinen innovaatio on materiaalinnovaatio”, Hoek sanoo. "Nämä materiaalit [MOF] vetävät vettä pois ja luovuttavat sitä helpommin."
Mutta konseptin mittakaava on haastava, Hoek varoittaa, koska tuotetun veden määrä harvesterin neliötuumaa kohden on suhteellisen pieni, joten suuri harvesteri vie potentiaalisesti valtavan määrän maata.
"Mutta ehkä kotitalous- tai kylälaajuisesti se voi olla erittäin mielenkiintoinen tapa jollekin verkosta poistuvalle makealle vedelle", Hoek sanoo.
Yaghi kuvittelee tarkalleen sen: tulevaisuuden, jossa jokaisella, jolla ei ole helppoa juomavettä, on harvesteri pihallaan.
"Minun visioni on saavuttaa" henkilökohtainen vesi ", jossa vesitiheillä alueilla olevilla ihmisillä on kotona laite, joka toimii aurinkoisella ympäristöllä ja toimittaa veden, joka tyydyttää yksilöiden perustarpeet", hän sanoo. ”Yli kolmasosa maailman väestöstä asuu veden aiheuttamilla alueilla tai kärsii puhtaan veden puutteesta. Tämän teknologian potentiaaliset vaikutukset ihmisten elämän muuttamiseen ja globaalin kansanterveysolosuhteiden parantamiseen ovat valtavat. "
