Droogte haalde de laatste jaren wereldwijd de krantenkoppen, van de watercrisis in Californië tot het ernstige watertekort in Kaapstad, en onderzoek suggereert dat 25 procent van de wereldbol uiteindelijk in permanente droogte zou kunnen blijven als gevolg van klimaatverandering. Maar wat als je gewoon water uit de lucht zou kunnen halen?
Dat is het uitgangspunt van een nieuwe technologie ontwikkeld door onderzoekers van de University of California, Berkeley. Het is een waterrooier die water uit de lucht kan halen, zelfs in extreem droge klimaten, zonder andere energie dan omgevingszonlicht.
De sleutel tot de waterrooier is een nieuwe klasse materialen die metaal-organische raamwerken (MOF's) worden genoemd. Deze MOF's zijn solide maar poreuze materialen met enorme oppervlakken - een MOF zo groot als suikerklontjes kan het inwendige oppervlak zo groot zijn als zoveel voetbalvelden. Dit betekent dat ze gassen en vloeistoffen kunnen absorberen en vervolgens snel kunnen afgeven wanneer warmte wordt toegevoegd.
“Bepaalde MOF's, zoals we hier hebben laten zien, hebben een buitengewoon vermogen om waterdamp uit de atmosfeer op te zuigen, maar houden tegelijkertijd de watermoleculen in hun poriën niet te strak vast, zodat het gemakkelijk is om het water eruit te krijgen, "Zegt Omar Yaghi, een professor in chemie aan Berkeley, die het onderzoek leidde.
De onderzoekers testten de oogstmachine in Scottsdale, Arizona, een woestijnstad met een hoog van 40 procent luchtvochtigheid 's nachts en 8 procent luchtvochtigheid gedurende de dag. Op basis van de proeven met een zironium-gebaseerde MOF, geloven de onderzoekers dat de rooier uiteindelijk ongeveer 3 ons water per pond MOF per dag zou kunnen winnen.
De rooier zelf is een doos in een doos. De binnendoos bevat een bed met MOF's. De buitendoos is een transparante plastic kubus van twee voet. 'S Nachts lieten de onderzoekers de bovenkant van de buitenste doos achter om lucht langs de MOF's te laten stromen. Overdag zetten ze de bovenkant weer op zodat de doos door de zon zou worden verwarmd. De warmte zou het water uit de MOF's trekken, waar het zou condenseren op de binnenwanden van de plastic kubus voordat het naar de bodem druppelt, waar het kon worden verzameld.
"Het belangrijkste aspect van deze technologie is dat deze volledig energie-passief is", zegt Eugene Kapustin, een afgestudeerde student uit Berkeley die aan het onderzoek heeft gewerkt.
Dat wil zeggen, het heeft geen energie nodig naast de zon, waardoor het milieuvriendelijk en toegankelijk is voor mensen op plaatsen met beperkte elektriciteit. De resultaten van de proeven werden eerder deze maand gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances .
Het team moet meer testen uitvoeren op de huidige modellen om erachter te komen welke factoren, zoals de grootte van het apparaat en waar de MOF in het apparaat wordt geplaatst, het meest van invloed zijn op de hoeveelheid water die kan worden geoogst. Ze hopen ook meer te weten te komen over hoe specifieke klimaatomstandigheden de wateropbrengst beïnvloeden. De volgende proef is gepland voor de late zomer in Death Valley, waar de nachtvochtigheid kan oplopen tot 25 procent.
Microscoopbeeld van kristallen van een MOF (UC Berkeley) Yaghi heeft ook een nieuwe op aluminium gebaseerde MOF ontwikkeld die volgens hem 150 keer goedkoper is en twee keer zoveel water kan opvangen als de huidige MOF's. Hij en zijn team ontwerpen een nieuwe waterrooier die actief met hoge snelheid lucht in de MOF's trekt, waardoor een veel grotere hoeveelheid water wordt afgegeven.
Het team werkt nu samen met de industrie om oogstmachines op industriële schaal te testen. Ze blijven ook zoeken naar nieuwere, betere en goedkopere MOF's.
"Ik ben erg blij om te zien dat steeds meer onderzoekers over de hele wereld onze inspanningen bundelen, " zegt Yaghi.
Het idee om water uit de atmosfeer te zuigen is niet nieuw, zegt Eric Hoek, hoogleraar engineering aan de Universiteit van Californië, Los Angeles en redacteur van het tijdschrift npj Clean Water . Het is al lang opgemerkt dat wanneer u een airconditioner gebruikt, er water uit druipt - dit komt omdat de machine de lucht koelt tot het dauwpunt, de temperatuur waarbij de lucht verzadigd is met waterdamp en er condensatie optreedt.
Maar het maken van waterrooiers op basis van koelingstechnologie is ongelooflijk energie-intens. In zeer droge klimaten ligt het dauwpunt onder nul. Het is niet haalbaar om de lucht op grote schaal tot die temperatuur te koelen.
"De echte innovatie [van Yaghi's onderzoek] is een materiaalinnovatie", zegt Hoek. "Deze materialen [de MOF's] trekken water eruit en geven het gemakkelijker op."
Maar het concept is uitdagend om op te schalen, waarschuwt Hoek, omdat de hoeveelheid geproduceerd water per vierkante inch rooier relatief laag is, en dus een grote rooier potentieel een enorme hoeveelheid land zou kunnen innemen.
"Maar misschien voor een huishouden of dorpsschaal kan het een zeer interessante manier zijn voor iemand buiten het net om zoet water te krijgen, " zegt Hoek.
Yaghi stelt zich precies dat voor: een toekomst waarin iedereen zonder gemakkelijke toegang tot zoet water een oogstmachine in de tuin heeft.
"Mijn visie is om 'gepersonaliseerd water' te bereiken, waar mensen in gebieden met waterstress een thuisapparaat hebben dat op zonne-energie op kamertemperatuur werkt en het water levert dat voldoet aan de basisbehoeften van de individuen, " zegt hij. “Meer dan een derde van de wereldbevolking woont in waterstressische regio's of lijdt aan gebrek aan schoon water. De potentiële implicaties van deze technologie bij het transformeren van het leven van mensen en het verbeteren van de wereldwijde volksgezondheid zijn enorm. "
