Voor een groot deel van de wereld die met watertekorten kampt, gloort er wellicht een baken van hoop aan de horizon: het vermogen om warme lucht gemakkelijk om te zetten in drinkwater. De afgelopen jaren hebben onderzoekers van de Universiteit van Texas in Austin zich geconcentreerd op vocht in de lucht als potentiële bron van drinkwater voor bewoners in door droogte getroffen gebieden. In nieuw onderzoek gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences hebben ze een grote doorbraak bereikt in hun inspanningen om drinkwater uit het niets te creëren: een moleculair gemanipuleerde hydrogel kan schoon water creëren met alleen de energie van zonlicht.
Onderzoekers van de Universiteit van Texas hebben een hydrogel gemaakt die zonlicht gebruikt om drinkbaar water uit de lucht te maken. De technologie creëert zeer efficiënte microgels die mogelijk een economische, draagbare oplossing kunnen bieden voor wereldwijde watertekorten. De afbeelding hierboven toont een watermonster dat is verzameld met behulp van gel. Bron: Universiteit van Texas in Austin
Water produceren met behulp van zonne-energie
Onderzoekers konden zonne-energie gebruiken om water uit de atmosfeer te halen en het drinkbaar te maken bij temperaturen zo laag als 40 graden Celsius, wat samenvalt met zomerweer in Texas en andere delen van de wereld. Dit betekent dat op een dag mensen op plaatsen met overmatige hitte en weinig toegang tot schoon water eenvoudigweg een apparaat buiten kunnen plaatsen en dat het zonder extra moeite water voor hen zal produceren.
"Met onze nieuwe hydrogel halen we niet alleen water uit het niets. We doen het heel snel en zonder veel energie te gebruiken", zegt Guihua Yu, hoogleraar materiaalkunde en techniek aan de Walker Department of Mechanical Engineering van de Cockrell School of Engineering en het Texas Materials Research Institute. "Wat echt aantrekkelijk is aan onze hydrogel is de manier waarop hij water vrijgeeft. Denk aan een hete zomer in Texas - we kunnen profiteren van de natuurlijke temperatuurstijging en -daling zonder een verwarming aan te hoeven zetten."
Afhankelijk van de luchtvochtigheid kan het apparaat 3,5 tot 7 kilogram water per kilogram gelmateriaal produceren.
Een belangrijk kenmerk van dit onderzoek is dat de hydrogel microscopisch kleine deeltjes kan huisvesten die 'microgels' worden genoemd. Deze microgels kunnen de snelheid en efficiëntie verhogen, waardoor dergelijke apparaten dichter bij de realiteit komen. Door hydrogels om te zetten in kleine deeltjes kan ultrasnelle watervangst en -afgifte worden bereikt. Dit levert een nieuw, zeer efficiënt adsorbens op dat de waterproductie aanzienlijk kan verhogen via meerdere cycli per dag.
Onderzoekers brengen steeds meer verbeteringen aan in de technologie in de hoop er een commercieel product van te maken. Eén aandachtsgebied is het optimaliseren van het technische ontwerp van de microgels om de efficiëntie verder te verhogen.
Opschalen is een belangrijke volgende stap. De onderzoekers willen hun bevindingen vertalen naar een praktische, schaalbare oplossing die wereldwijd kan worden gebruikt als een goedkope, draagbare methode om schoon drinkwater te produceren. Dit zou levensveranderend kunnen zijn in landen als Ethiopië, waar bijna 60% van de bevolking geen toegang heeft tot schoon drinkwater.
"Ons uiteindelijke doel bij de ontwikkeling van dit apparaat is om het toegankelijk te maken voor mensen over de hele wereld die snelle en continue toegang tot schoon drinkwater nodig hebben, vooral in droge gebieden", zegt Zhao Yaxuan, een afgestudeerde student in het laboratorium.
Het team werkt aan andere versies van het apparaat gemaakt van organische materialen, waardoor massaproductie goedkoper zou worden. Bij de overgang naar commercieel meer haalbare ontwerpen zijn er ook uitdagingen bij het opschalen van de productie van vochtabsorbers en het behouden van de duurzaamheid gedurende de levensduur van het product. De focus van het onderzoek omvat ook hoe het apparaat draagbaar en geschikt kan worden gemaakt voor verschillende toepassingsscenario's.
Dit project wordt gefinancierd door de Norman Hackerman Award in Chemical Research van de Welch Foundation en de Camille Dreyfus Teacher-Scholar Award.