Απορριπτόμενα υπολείμματα τροφίμων, κλαδιά, κοχύλια και πολλά άλλα φυσικά υλικά αποτελούν βασικά συστατικά ενός νέου συστήματος που μπορεί να αντλεί πόσιμο νερό από τον αέρα.
Το σύστημα ανέπτυξαν ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν.
Αυτό το νέο σύστημα που ονομάζεται «μοριακά λειτουργικά υδρογέλη βιομάζας» μπορεί να μετατρέψει ένα ευρύ φάσμα φυσικών προϊόντων σε υλικά που απορροφούν υγρά. Συνδυάζοντας αυτά τα υλικά με θερμότητα, οι ερευνητές μπορούν να συλλέξουν λίτρα πόσιμου νερού από την ατμόσφαιρα, ακόμη και σε ξηρές συνθήκες.
«Με αυτό το επίτευγμα, δημιουργήσαμε μια καθολική στρατηγική μοριακής μηχανικής που επιτρέπει τη μετατροπή ποικίλων φυσικών υλικών σε υλικά απορρόφησης υψηλής απόδοσης», δήλωσε ο Guihua Yu, καθηγητής επιστήμης υλικών και μηχανολογίας και του Ινστιτούτου Υλικών του Τέξας στο UT Austin.
«Αυτό ανοίγει έναν εντελώς νέο τρόπο σκέψης για τη βιώσιμη συλλογή νερού, σηματοδοτώντας ένα μεγάλο βήμα προς τα πρακτικά συστήματα συλλογής νερού για τα νοικοκυριά και τη μικρή κοινοτική κλίμακα».
Στα πειράματα, οι ερευνητές παρήγαγαν καθημερινά 14,19 λίτρα καθαρού νερού ανά κιλό απορροφητικού υλικού. Τα περισσότερα απορροφητικά υλικά μπορούν να παράξουν μεταξύ 1 και 5 λίτρων ανά χιλιόγραμμο ημερησίως.
Η νέα έρευνα δημοσιεύθηκε στο Advanced Materials.
Βιοδιασπώμενη, κλιμακούμενη και απαιτεί ελάχιστη ενέργεια
Το σύστημα αυτό αντιπροσωπεύει έναν νέο τρόπο σχεδιασμού των απορροφητικών μέσων, λένε οι ερευνητές. Αντί της παραδοσιακής προσέγγισης «επιλέγω-και-συνδυάζω», η οποία απαιτεί την επιλογή συγκεκριμένων υλικών για συγκεκριμένες λειτουργίες, αυτή η γενική μοριακή στρατηγική καθιστά δυνατή τη μετατροπή σχεδόν οποιασδήποτε βιομάζας σε έναν αποτελεσματικό συλλέκτη νερού.
Σε αντίθεση με τα υπάρχοντα συνθετικά απορροφητικά μέσα, τα οποία χρησιμοποιούν πετροχημικά και γενικά απαιτούν υψηλές ενεργειακές εισροές, η υδρογέλη με βάση τη βιομάζα της ομάδας του UT Austin είναι βιοδιασπώμενη, κλιμακούμενη και απαιτεί ελάχιστη ενέργεια για την απελευθέρωση του νερού. Το μυστικό έγκειται σε μια διαδικασία μοριακής μηχανικής δύο βημάτων που προσδίδει υγροσκοπικές ιδιότητες και θερμοαπορροφητική συμπεριφορά σε οποιονδήποτε πολυσακχαρίτη με βάση τη βιομάζα, όπως κυτταρίνη, άμυλο ή χιτοζάνη.
«Στο τέλος της ημέρας, η πρόσβαση σε καθαρό νερό πρέπει να είναι απλή, βιώσιμη και επεκτάσιμη», δήλωσε ο Weixin Guan, ανώτερος διδακτορικός φοιτητής και επικεφαλής της μελέτης. «Αυτό το υλικό μας δίνει έναν τρόπο να αξιοποιήσουμε τους άφθονους πόρους της φύσης και να φτιάξουμε νερό από τον αέρα – ανά πάσα στιγμή, οπουδήποτε».
Η τελευταία καινοτομία αποτελεί μέρος της πολυετούς προσπάθειας του Yu να αναπτύξει λύσεις για τους ανθρώπους που δεν έχουν πρόσβαση σε καθαρό πόσιμο νερό. Έχει αναπτύξει υδρογέλες που παράγουν νερό καθ’ όλη τη διάρκεια της καριέρας του, προσαρμόζοντάς τες για τις πιο ξηρές συνθήκες. Πρόσφατα δημιούργησε ένα ενέσιμο σύστημα φιλτραρίσματος νερού και έχει εφαρμόσει την τεχνολογία υδρογέλης του στη γεωργία.
Η ερευνητική ομάδα εργάζεται τώρα για την κλιμάκωση της παραγωγής και τον σχεδιασμό συστημάτων συσκευών πραγματικού κόσμου για εμπορική αξιοποίηση, συμπεριλαμβανομένων φορητών συλλεκτών νερού, αυτοσυντηρούμενων συστημάτων άρδευσης και συσκευών πόσιμου νερού έκτακτης ανάγκης. Από την αρχή, οι ερευνητές έχουν επικεντρωθεί στην επεκτασιμότητα και στη δυνατότητα να «μεταφράσουν» την έρευνα αυτή σε λύσεις που μπορούν να βοηθήσουν τους ανθρώπους σε όλο τον κόσμο.
«Η μεγαλύτερη πρόκληση στη βιώσιμη συγκομιδή νερού είναι η ανάπτυξη μιας λύσης που να κλιμακώνεται αποτελεσματικά και να παραμένει πρακτική εκτός εργαστηρίου», δήλωσε ο Yaxuan Zhao, μεταπτυχιακός ερευνητής στο εργαστήριο του Yu. «Δεδομένου ότι αυτή η υδρογέλη μπορεί να κατασκευαστεί από ευρέως διαθέσιμη βιομάζα και λειτουργεί με ελάχιστη εισροή ενέργειας, έχει μεγάλες δυνατότητες για παραγωγή μεγάλης κλίμακας και ανάπτυξη σε κοινότητες εκτός δικτύου, σε προσπάθειες έκτακτης ανάγκης και σε αποκεντρωμένα συστήματα νερού».
