Tørke har fået overskrifter over hele verden i de seneste år, fra Californiens vandkrise til Cape Towns alvorlige vandmangel, og forskning antyder, at 25 procent af kloden i sidste ende kan efterlades i permanent tørke på grund af klimaændringer. Men hvad nu hvis du simpelthen kunne trække vand ud af luften?
Det er forudsætningen for en ny teknologi udviklet af University of California, forskere fra Berkeley. Det er en vandhøstmaskine, der kan udtrække vand fra luften, selv i ekstremt tørt klima, uden brug af anden energi end omgivende sollys.
Nøglen til vandhøster er en ny klasse af materialer, der kaldes metalorganiske rammer (MOF). Disse MOF'er er faste, men porøse materialer med enorme overfladearealer - en MOF på størrelse med sukkerterning kan have det indre overfladeareal så stort som mange fodboldbaner. Dette betyder, at de kan absorbere gasser og væsker og derefter frigive dem hurtigt, når der tilføjes varme.
”Visse MOF'er, som vi viste her, har en ekstraordinær evne til at suge vanddamp fra atmosfæren, men derefter på samme tid ikke holde fast i vandmolekylerne inden i deres porer for tæt, så det er let at få vandet ud, ”Siger Omar Yaghi, professor i kemi ved Berkeley, der ledede forskningen.
Forskerne testede høstmaskinen i Scottsdale, Arizona, en ørkenby med en højhed på 40 procent luftfugtighed om natten og 8 procent luftfugtighed i løbet af dagen. Baseret på forsøgene med en zironiumbaseret MOF, mener forskerne, at høstmaskinen i sidste ende kunne udtrække ca. 3 ounces vand pr. Pund MOF pr. Dag.
Skovlen selv er en kasse inde i en kasse. Den indvendige kasse indeholder en seng af MOF'er. Den ydre kasse er en to-fods gennemsigtig plast terning. Om natten forlod forskerne toppen fra den ydre kasse for at lade luft strømme forbi MOF'erne. Om dagen satte de toppen på igen, så kassen blev opvarmet af solen. Varmen ville trække vandet ud af MOF'erne, hvor det kondenseres på plastvæggens indre vægge, før det drypper ned til bunden, hvor det kunne opsamles.
”Det vigtigste aspekt ved denne teknologi er, at den er fuldstændig energipassiv, ” siger Eugene Kapustin, en Berkeley-kandidatstuderende, der arbejdede med forskningen.
Det vil sige, den behøver ingen energi udover solen, hvilket gør den miljøvenlig og tilgængelig for mennesker på steder med begrænset elektricitet. Resultaterne af forsøgene blev offentliggjort tidligere i denne måned i tidsskriftet Science Advances .
Holdet skal gennemføre flere forsøg med de aktuelle modeller for at finde ud af, hvilke faktorer, såsom enhedsstørrelse og hvor MOF er placeret i enheden, der mest påvirker hvor meget vand der kan høstes. De håber også på at lære mere om, hvordan specifikke klimaforhold påvirker vandudbyttet. Den næste retssag er planlagt til sensommeren i Death Valley, hvor den fugtighed om natten kan være så lav som 25 procent.
Mikroskopbillede af krystaller fra en MOF (UC Berkeley) Yaghi har også udviklet en ny aluminiumbaseret MOF, som han siger, er 150 gange billigere og kan fange dobbelt så meget vand som de nuværende MOF'er. Han og hans team designer en ny vandhøster, der aktivt trækker luft ind i MOF'erne med høj hastighed og dermed leverer en meget større mængde vand.
Holdet samarbejder nu med industrien for at teste høstmaskiner i industriel skala. De fortsætter også med at søge efter nyere, bedre og billigere MOF'er.
”Jeg er meget glad for at se, at flere og flere forskere verden over slutter sig til vores bestræbelser i denne forbindelse, ” siger Yaghi.
Ideen om at sutte vand ud af atmosfæren er ikke ny, siger Eric Hoek, en ingeniørprofessor ved University of California, Los Angeles og redaktør for tidsskriftet npj Clean Water . Det er længe blevet bemærket, at når du kører et klimaanlæg, drypper vandet ud - dette skyldes, at maskinen afkøler luften til dugpunktet, temperaturen, hvor luften er mættet med vanddamp, og der opstår kondens.
Men at skabe vandhøstere baseret på køleteknologi er utroligt energikrævende. I meget tørt klima er dugpunktet under nul. Afkøling af luften til denne temperatur i en hvilken som helst stor skala er umulig.
”Den virkelige innovation [af Yaghis forskning] er en materialinnovation, ” siger Hoek. ”Disse materialer [MOF'er] trækker vand ud og giver det lettere op.”
Men konceptet er udfordrende at skalere, advarer Hoek, da mængden af produceret vand pr. Kvadrat tomme høstmaskine er relativt lav, og en stor høstmaskine potentielt ville optage en enorm mængde jord.
”Men måske for en husstand eller landsbyskala kan det være en meget interessant måde for nogen fra nettet at få frisk vand på, ” siger Hoek.
Yaghi forestiller sig netop det: en fremtid, hvor alle uden let adgang til frisk vand har en høstmaskine i deres have.
"Min vision er at opnå 'personaliseret vand', hvor mennesker i regioner med vandspænding har et udstyr derhjemme, der kører på omgivende sol, og leverer vandet, der tilfredsstiller de enkeltes grundlæggende behov, " siger han. ”Mere end en tredjedel af befolkningen i verden bor i regioner med vandstress eller lider af mangel på rent vand. De potentielle implikationer af denne teknologi for at transformere folks liv og forbedre de globale sundhedsmæssige forhold er enorme. ”
