Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν ανέπτυξαν ένα υπεραπορροφητικό τζελ κατασκευασμένο από οικονομικά προσιτά υλικά – κοστίζει μόλις 2 $ το κιλό- που μπορεί να απορροφήσει υδρατμούς από τον αέρα ακόμη και στα πιο ξηρά κλίματα. Ένα μόνο κιλό αυτού του τζελ μπορεί να παραγάγει περισσότερα από 6 λίτρα (~1,6 γαλόνια) νερού την ημέρα σε περιοχές με σχετική υγρασία λιγότερο από 15% και να φτάσει τα 13 λίτρα (~3,4 γαλόνια) σε περιοχές με σχετική υγρασία έως και 30%.
Η έρευνα βασίζεται σε προηγούμενες ανακαλύψεις της ερευνητικής ομάδας, συμπεριλαμβανομένης της ικανότητας άντλησης νερού από την ατμόσφαιρα και της εφαρμογής αυτής της τεχνολογίας για τη δημιουργία αυτοποτιζόμενου εδάφους. Ωστόσο, αυτές οι τεχνολογίες σχεδιάστηκαν για περιβάλλοντα σχετικά υψηλής υγρασίας.«Η συγκεκριμένη θα μπορούσε να επιτρέψει σε εκατομμύρια ανθρώπους χωρίς σταθερή πρόσβαση σε πόσιμο νερό να έχουν απλές συσκευές παραγωγής νερού στο σπίτι τους, τις οποίες θαμπορούν εύκολα να χειρίζονται», σχολιάζει ο Guihua Yu, καθηγητής επιστήμης υλικών και μηχανολογίας στο Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του Walker School of Engineering του Cockrell.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν υδροξυπροπυλοκυτταρίνη (HPC) που παράγεται από κυτταρίνη, η οποία συναντάται σε όλα τα φυτικά κύτταρα, ένα κοινό υλικό κουζίνας που ονομάζεται konjac (γλυκομαννάνη), που είναι φυτικές ίνες που λαμβάνονται από τη ρίζα του φυτού Konjac, καθώς και άλας χλωριούχου λιθίου (LiCl), για να σχηματίσουν ένα υδρόφιλο πορώδες φιλμ με μεγάλη επιφάνεια που συλλέγει τους υδρατμούς από τον αέρα. Όταν η κυτταρίνη θερμανθεί γίνεται υδρόφοβη, γεγονός που επιτρέπει στο συλλεγμένο νερό να απελευθερωθεί εντός 10 λεπτών μέσω ήπιας θέρμανσης στους 60 °C.
Τα υγρά υλικά αναμίχθηκαν, χύθηκαν σε καλούπι, αφέθηκαν να ηρεμήσουν για 2 λεπτά και στη συνέχεια ξηράνθηκαν στη κατάψυξη λαμβάνοντας τη μορφή μιαςλεπτής μεμβράνης. Μετά τη σκλήρυνση και ξήρανση, τα λεπτά φύλλα γέλης γέμισαν με υγρασία σε περίπου 20 λεπτά. Για να εξαγάγουν αυτό το νερό ως πραγματικό πόσιμο υγρό, οι ερευνητές θέρμαιναν στη συνέχεια το πήκτωμα σε έναν κλειστό θάλαμο και μάζεψαν το συμπυκνωμένο νερό. Διαπίστωσαν ότι περίπου το 70% του δεσμευμένου νερού απελευθερώθηκε μέσα σε 10 λεπτά μετά τη θέρμανση
«Το τζελ χρειάζεται 2 λεπτά απλά για να σταθεροποιηθεί. Στη συνέχεια, χρειάζεται απλώς να στεγνώσει στη κατάψυξη και μπορεί να βγει από το καλούπι και να χρησιμοποιηθεί αμέσως», προσθέτει ο επικεφαλής της εργασίας Weixin Guan.
Και παρόλο που τα 6 λίτρα δεν ακούγονται αρκετά, οι ερευνητές λένε ότι η δημιουργία παχύτερων μεμβρανών τζελ με βελτιστοποίηση θα μπορούσε να αυξήσει δραστικά την ποσότητα νερού που αποδίδουν.
Άλλες προσπάθειες άντλησης νερού από τον αέρα της ερήμου είναι συνήθως ενεργοβόρες και δεν παράγουν πολλά λίτρα. Η συνολική ενέργεια που απαιτείται για την παραγωγή του νερού με αυτό τον τρόπο ελαχιστοποιείται Η μεμβράνη του τζελ είναι επίσης εύκαμπτη, μπορεί να διαμορφωθεί σε διάφορα σχήματα και μεγέθη και η παραγωγή της απαιτεί μόνο τοπρόδρομο τζελ που περιλαμβάνει όλα τα σχετικά συστατικά που χύνονται σε ένα καλούπι.
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Communications (“Scalable super hygroscopic polymer films for sustainable moisture harvesting in arid environments” by Youhong Guo, Weixin Guan, Chuxin Lei, Hengyi Lu, Wen Shi and Guihua Yu, 19 May 2022, Nature Communications.
