17 Απριλίου 2017 ♦ Φανταστείτε ένα μέλλον όπου κάθε σπίτι θα διαθέτει μια συσκευή με την οποία θα «τραβά» από τον αέρα όλο το νερό που χρειάζεται ένα νοικοκυριό, ακόμη και αν το κλίμα είναι πολύ ξηρό ή ακόμη και έρημος. Και αυτό θα επιτυγχάνεται μόνο με τη βοήθεια της ενέργειας από τον ήλιο.
Το μέλλον αυτό ίσως δεν είναι τόσο μακρινό, χάρη σε έναν καινοτόμο ηλιακό συλλέκτη νερού που δημιούργησαν ερευνητές στις ΗΠΑ. Η συσκευή μπορεί να «αντλήσει» από τον αέρα του περιβάλλοντος αρκετά λίτρα νερού κάθε μέρα, ακόμη και αν η υγρασία δεν ξεπερνά το 20%.
Οι επιστήμονες των πανεπιστημίων ΜΙΤ (Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών) και Καλιφόρνια-Μπέρκλεϊ (Τμήμα Χημείας), με επικεφαλής τον καθηγητή χημείας Ομάρ Γιαγκί, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό "Science", χρησιμοποίησαν ένα ειδικό υλικό, που αποκαλείται «μεταλλο-οργανικό πλαίσιο» (metal-organic framework - MOF).
Με υγρασία 20% έως 30% στο περιβάλλον, η συσκευή παράγει σχεδόν τρία λίτρα νερού από τον αέρα σε διάστημα 12 ωρών, χρησιμοποιώντας ένα κιλό από το υλικό MOF. Δοκιμές που έγιναν στις στέγες κτιρίων, επιβεβαίωσαν ότι η συσκευή δουλεύει σε πραγματικές συνθήκες. Μέχρι σήμερα, οι συλλέκτες νερού μπορούσαν να δουλέψουν είτε μόνο σε συνθήκες μεγάλης υγρασίας, είτε με μεγάλη κατανάλωση ηλεκτρισμού.
«Το όραμά μας για το μέλλον είναι να έχουμε νερό εκτός δικτύου ύδρευσης, με μια οικιακή συσκευή που θα το αντλεί από τον αέρα για να καλύψει τις ανάγκες ενός νοικοκυριού. Είναι κάτι που, όπως δείχνει το πείραμά μας, είναι εφικτό και θα μπορούσαμε να το αποκαλέσουμε εξατομικευμένο νερό», δήλωσε ο Γιαγκί.
Ο Αμερικανός χημικός εφηύρε τα μεταλλο-οργανικά πλαίσια πριν από περίπου 20 χρόνια, συνδυάζοντας μέταλλα όπως το μαγνήσιο ή το αλουμίνιο με οργανικά μόρια, με τέτοιο τρόπο που να δημιουργούνται πορώδεις δομές ιδανικές για αποθήκευση αερίων και υγρών. Από τότε, πάνω από 20.000 διαφορετικά υλικά MOF έχουν δημιουργεί διεθνώς και μερικά ήδη δοκιμάζονται από εταιρείες-κολοσσούς όπως η γερμανική BASF για την αποθήκευση και μεταφορά χημικών όπως το μεθάνιο ή το υδρογόνο.
Το 2014 οι ερευνητές του ΜΙΤ και του Μπέρκλεϊ συνέθεσαν το πρώτο υλικό από μέταλλο ζιρκόνιο και αδιπικό οξύ, με την ονομασία MOF-801, που δεσμεύει χημικά τους υδρατμούς. Αμέσως προχώρησαν να το αναπτύξουν σε ένα κανονικό σύστημα συλλογής νερού από την ατμόσφαιρα. Η νέα συσκευή χρησιμοποιεί περίπου ένα κιλό κρυστάλλους MOF, μεγέθους σκόνης ο καθένας, που είναι συμπιεσμένοι ανάμεσα σε έναν συλλέκτη ηλιακής ενέργειας και σε μια πλακέτα συμπύκνωσης των υδρατμών σε νερό.
Καθώς ο αέρας εισχωρεί στο πορώδες υλικό MOF, τα μόρια του νερού δεσμεύονται στην εσωτερική επιφάνειά του. Στη συνέχεια, το φως του ήλιου θερμαίνει το υλικό και οδηγεί τους δεσμευμένους υδρατμούς στην πλάκα συμπύκνωσης, όπου μετατρέπονται σε υγρό νερό, το οποίο τελικά συλλέγεται σταγόνα-σταγόνα σε ένα ξεχωριστό θάλαμο.
Η τεχνολογία έχει μεγάλα περιθώρια βελτίωσης. Σήμερα το χρησιμοποιούμενο υλικό MOF μπορεί να απορροφήσει μόνο το 20% του βάρους του σε νερό, αλλά με χρήση άλλων υλικών το ποσοστό θα μπορούσε πιθανώς να αυξηθεί στο 40% ή και παραπάνω.
«Για να έχει κανείς τρεχούμενο νερό συνεχώς, θα μπορούσε να σχεδιάσει ένα σύστημα που απορροφά την υγρασία στη διάρκεια της νύχτας και την μετατρέπει σε υγρό νερό στη διάρκεια της μέρας με το φως του ήλιου», δήλωσε ο Γιαγκί. «Ακόμη κι αν κανείς βρίσκεται αποκομμένος κάπου στην έρημο, θα μπορεί να επιβιώσει χάρη σε αυτή τη συσκευή. Ένας άνθρωπος χρειάζεται τουλάχιστον ένα μπουκαλάκι νερού τη μέρα, κάτι που με αυτό το σύστημα μπορεί να το συλλέξει μέσα σε λιγότερο από μια ώρα», πρόσθεσε.
Όμως μάλλον θα πρέπει να αντικατασταθεί το χρησιμοποιούμενο μέταλλο ζιρκόνιο, επειδή κοστίζει 150 δολάρια το κιλό, με συνέπεια το σύστημα συλλογής νερού να είναι ακόμη ακριβό. Ήδη οι ερευνητές δοκιμάζουν τη χρήση αλουμινίου, που είναι 100 φορές φθηνότερο.
Με δεδομένο ότι σχεδόν τα δύο τρίτα του παγκόσμιου πληθυσμού αντιμετωπίζουν μεγαλύτερες ή μικρότερες ελλείψεις νερού μέσα στο έτος, ενώ ταυτόχρονα ο αέρας γύρω μας διαθέτει τεράστιες ποσότητες νερού σε μορφή υδρατμών (γύρω στα 13 τρισεκατομμύρια λίτρα παγκοσμίως, ισοδύναμα με το 10% όλου του γλυκού νερού της Γης), γίνεται αντιληπτή η σημασία της νέας τεχνολογίας, που -αν εφαρμοσθεί σε μαζική κλίμακα- μπορεί να φέρει μια επανάσταση στον τομέα της ύδρευσης.
Σύνδεσμος για την πρωτότυπη επιστημονική εργασία εδώ.
Παύλος Δρακόπουλος
Πηγή: ΑΠΕ-ΜΠΕ
Eικόνα: Συλλέκτης νερού από τον αέρα | MIT - Evelyn Wang
