V zadnjih letih so suše postale naslovnice po vsem svetu, od kalifornijske vodne krize do hudega pomanjkanja vode v Cape Townu, raziskave pa kažejo, da bi lahko 25 odstotkov sveta na koncu pustilo trajna suša zaradi podnebnih sprememb. Kaj pa, če bi vodo preprosto potegnili iz zraka?
Raziskovalci Berkeley so razvili novo tehnologijo, ki jo je razvila kalifornijska univerza. Gre za kombajn za vodo, ki lahko črpa vodo iz zraka, tudi v izjemno suhem podnebju in ne uporablja druge energije, razen sončne svetlobe.
Ključ do kombajna za vodo je nov razred materialov, ki se imenujejo kovinsko-organski okvirji (MOF). Ti MOF so trdni, a porozni materiali z ogromnimi površinami - MOF velikosti kocke sladkorja ima lahko notranjo površino tako veliko kot veliko nogometnih igrišč. To pomeni, da lahko absorbirajo pline in tekočine ter jih nato hitro dodate toploto.
"Določeni MOF, kot smo pokazali tukaj, imajo izjemno sposobnost sesanja vodne pare iz atmosfere, vendar hkrati ne zadržijo molekul vode v njihovih porah preveč tesno, da bi vodo enostavno izvlekli, «Pravi Omar Yaghi, profesor kemije v Berkeleyju, ki je vodil raziskavo.
Raziskovalci so kombajn preizkusili v Scottsdaleu v Arizoni, puščavskem mestu z visoko 40-odstotno vlažnostjo ponoči in 8-odstotno vlažnostjo podnevi. Na podlagi preskusov, ki uporabljajo MOF na osnovi zironija, raziskovalci verjamejo, da bi lahko kombajn na koncu dobil približno 3 unče vode na kilogram MOF na dan.
Sam kombajn je škatla znotraj škatle. Notranja škatla vsebuje posteljo MOF-jev. Zunanja škatla je dve metra prozorna plastična kocka. Ponoči so raziskovalci prepuščali vrh zunanje škatle, da je pustil zrak mimo MOF-jev. Čez dan stavijo vrh nazaj, da bi škatlo ogrelo sonce. Vročina bi vodo potegnila iz MOF-jev, kjer bi se kondenzirala na notranjih stenah plastične kocke, preden bi kapljala na dno, kjer bi se lahko zbrala.
"Najpomembnejši vidik te tehnologije je, da je popolnoma energijsko pasivna, " pravi Eugene Kapustin, študent iz Berkeleyja, ki je delal na raziskavi.
To pomeni, da poleg sonca ne potrebuje energije, zato je okolju prijazna in dostopna ljudem na mestih z omejeno elektriko. Rezultati preskusov so bili objavljeni v začetku tega meseca v reviji Science Advances .
Skupina mora opraviti več preskušanj na trenutnih modelih, da ugotovi, kateri dejavniki, na primer velikost naprave in kje je MOF nameščen znotraj naprave, najbolj vplivajo na to, koliko vode lahko poberemo. Upajo tudi, da bodo izvedeli več o tem, kako posebne podnebne razmere vplivajo na donos vode. Naslednje preizkušanje je predvideno za konec poletja v Dolini smrti, kjer lahko nočna vlažnost znaša tudi do 25 odstotkov.
Mikroskopska slika kristalov MOF (UC Berkeley) Yaghi je razvil tudi nov MOF na osnovi aluminija, za katerega pravi, da je 150-krat cenejši in lahko zajame dvakrat več vode kot trenutni MOF. S svojo ekipo načrtuje nov kombajn za vodo, ki z veliko hitrostjo aktivno vleče zrak v MOF in tako odda veliko večjo količino vode.
Zdaj skupina sodeluje z industrijo, da bi preizkusila kombajne v industrijskem obsegu. Prav tako še naprej iščejo nove, boljše in cenejše MOF.
"Zelo sem vesel, da vidim, da se vse več raziskovalcev po vsem svetu pridružuje našim prizadevanjem v zvezi s tem, " pravi Yaghi.
Ideja izsesavanja vode iz ozračja ni nova, pravi Eric Hoek, profesor inženirja na kalifornijski univerzi v Los Angelesu in urednik časopisa npj Clean Water . Dolgo je bilo ugotovljeno, da ko vklopite klimatsko napravo, voda izteka - to je zato, ker stroj hladi zrak do rosišča, pri čemer se temperatura nasiči z vodno paro in pride do kondenzacije.
Toda ustvarjanje kombajn za vodo na osnovi tehnologije hlajenja je neverjetno energijsko intenzivno. V zelo suhem podnebju je točka rosišča pod ničlo. Hlajenje zraka na to temperaturo v velikih razsežnostih je neizvedljivo.
"Prava inovacija [Yaghijeve raziskave] je inovacija materialov, " pravi Hoek. "Ti materiali [MOF] izvlečejo vodo in se lažje odpovedo."
Toda koncept je zahteven za obseg, opozarja Hoek, saj je količina vode, proizvedene na kvadratni palec kombajna, razmeroma majhna, zato bi velik kombajn lahko zavzel ogromno površino.
"Morda pa bi bil za gospodinjstva ali vaške lestvice zelo zanimiv način, da si nekdo z omrežja priskrbi sladko vodo, " pravi Hoek.
Yaghi si zamisli ravno to: prihodnost, v kateri imajo vsi brez enostavnega dostopa do sladke vode že na svojem dvorišču kombajn.
"Moja vizija je doseči" personalizirano vodo ", kjer imajo ljudje v regijah, ki so izpostavljeni vodi, doma napravo, ki deluje na sončno energijo in zagotavlja vodo, ki zadovoljuje osnovne potrebe posameznikov, " pravi. „Več kot tretjina prebivalstva na svetu živi v regijah, ki so pod stresom, ali pa imajo pomanjkanje čiste vode. Možne posledice te tehnologije pri preoblikovanju življenj ljudi in izboljšanju svetovnih pogojev javnega zdravja so ogromne. "
