Tørke har kommet med overskrifter over hele verden de siste årene, fra vannkrisen i California til Cape Towns alvorlige vannmangel, og forskning antyder at 25 prosent av kloden til slutt kan bli liggende i permanent tørke på grunn av klimaendringer. Men hva om du ganske enkelt kunne trekke vann fra lufta?
Det er forutsetningen for en ny teknologi utviklet av University of California, forskere i Berkeley. Det er en vannhøster som kan trekke ut vann fra luften, selv i ekstremt tørt klima, uten å bruke annen energi enn sollys i omgivelsene.
Nøkkelen til vannhøster er en ny klasse av materialer som kalles metallorganiske rammer (MOF). Disse MOF-ene er solide, men porøse materialer med enorme overflatearealer - en MOF på størrelse med sukkerkuben kan ha det indre overflaten like stor som mange fotballbaner. Dette betyr at de kan absorbere gasser og væsker, og deretter frigjøre dem raskt når det tilsettes varme.
"Visse MOF-er som vi viste her, har en ekstraordinær evne til å suge inn vanndamp fra atmosfæren, men da holder du ikke på vannmolekylene inne i porene deres for tett, slik at det er lett å få vannet ut, Sier Omar Yaghi, professor i kjemi ved Berkeley, som ledet forskningen.
Forskerne testet høstmaskinen i Scottsdale, Arizona, en ørkenby med høyt 40 prosent luftfuktighet om natten og 8 prosent luftfuktighet i løpet av dagen. Basert på forsøkene med en zironiumbasert MOF, mener forskerne at høstmaskinen til slutt kan trekke ut omtrent 3 gram vann per kilo MOF per dag.
Høstemaskinen er en boks inne i en boks. Den indre boksen inneholder en seng av MOF-er. Den ytre boksen er en to-fots gjennomsiktig plastkube. Om natten forlot forskerne toppen av ytterboksen for å la luft strømme forbi MOF-ene. På dagen satte de toppen på igjen slik at boksen ble oppvarmet av solen. Varmen ville trekke vannet ut av MOF-ene, hvor det ville kondensere på innerveggene i plastkuben før det dryppet til bunnen, hvor det kunne samles.
"Det viktigste aspektet ved denne teknologien er at den er fullstendig energipassiv, " sier Eugene Kapustin, en Berkeley-student som jobbet med forskningen.
Det vil si at den ikke trenger energi utenom solen, noe som gjør den miljøvennlig og tilgjengelig for mennesker på steder med begrenset strøm. Resultatene fra forsøkene ble publisert tidligere denne måneden i tidsskriftet Science Advances .
Teamet må utføre flere studier på de nåværende modellene for å finne ut hvilke faktorer, som enhetsstørrelse og hvor MOF er plassert i enheten, som påvirker mest hvor mye vann som kan høstes. De håper også å lære mer om hvordan spesifikke klimaforhold påvirker vannutbyttet. Den neste rettssaken er planlagt på sensommeren i Death Valley, der nattfuktigheten kan være så lav som 25 prosent.
Mikroskopbilde av krystaller av en MOF (UC Berkeley) Yaghi har også utviklet en ny aluminiumbasert MOF, som han sier er 150 ganger billigere og kan fange dobbelt så mye vann som dagens MOF. Han og teamet hans designer en ny vannhøster som aktivt trekker luft inn i MOF-ene i høy hastighet, og dermed gir et mye større volum vann.
Teamet samarbeider nå med industrien for å teste hogstmaskiner i industriell skala. De fortsetter også å søke etter nyere, bedre og billigere MOF-er.
"Jeg er veldig glad for å se at flere og flere forskere over hele verden deltar i vår innsats i denne forbindelse, " sier Yaghi.
Ideen om å suge vann ut av atmosfæren er ikke ny, sier Eric Hoek, ingeniørprofessor ved University of California, Los Angeles og redaktør for tidsskriftet npj Clean Water . Det er lenge lagt merke til at når du kjører et klimaanlegg, drypper vann ut - dette fordi maskinen kjøler luften til duggpunktet, temperaturen der luften er mettet med vanndamp og det oppstår kondens.
Men å lage vannhøstere basert på kjøleteknologi er utrolig energiintensivt. I veldig tørre klima er duggpunktet under null. Å avkjøle luften til den temperaturen i hvilken som helst stor skala er umulig.
"Den virkelige innovasjonen [av Yaghis forskning] er en materialinnovasjon, " sier Hoek. "Disse materialene [MOFene] trekker vann ut og lettere gir det opp."
Men konseptet er utfordrende å skalere, advarer Hoek, ettersom mengden vann produsert per kvadrat tomme høsting er relativt lav, og dermed vil en stor høstmaskin potensielt ta en enorm mengde land.
"Men kanskje for en husholdnings- eller landsbyskala kan det være en veldig interessant måte for noen utenfor nettet å få friskt vann, " sier Hoek.
Yaghi forestiller seg akkurat det: en fremtid der alle uten lett tilgang til ferskvann har en høstemaskin i hagen sin.
"Min visjon er å oppnå 'personlig vann', der folk i vannstressede regioner har en enhet som kjører på solcelleinnhold, og leverer vannet som tilfredsstiller de grunnleggende behovene til individene, " sier han. ”Mer enn en tredjedel av befolkningen i verden bor i regioner med vannstress eller lider av mangel på rent vann. De potensielle implikasjonene av denne teknologien på å forandre folks liv og forbedre de globale folkehelseforholdene er enorme. ”
