Mehr als ein Drittel der Weltbevölkerung lebt in Trockengebieten, Gebieten mit erheblicher Wasserknappheit. Wissenschaftler und Ingenieure der University of Texas at Austin haben eine Lösung entwickelt, die den Menschen in diesen Gebieten den Zugang zu sauberem Trinkwasser erleichtern könnte.
Das Team entwickelte einen kostengünstigen Gelfilm aus reichlich vorhandenen Materialien, der selbst in den trockensten Klimazonen Wasser aus der Luft ziehen kann. Die Materialien, die diese Reaktion ermöglichen, kosten nur 2 US-Dollar pro Kilogramm, und ein einziges Kilogramm kann in Gebieten mit weniger als 15 % relativer Luftfeuchtigkeit mehr als 6 Liter Wasser pro Tag und in Gebieten mit bis zu 30 % relativer Luftfeuchtigkeit 13 Liter Wasser produzieren.
Die Forschung baut auf früheren Durchbrüchen des Teams auf, einschließlich der Fähigkeit, Wasser aus der Atmosphäre zu ziehen, und der Anwendung dieser Technologie zur Schaffung von selbstbewässerndem Boden. Diese Technologien wurden jedoch für Umgebungen mit relativ hoher Luftfeuchtigkeit entwickelt.
„Bei dieser neuen Arbeit geht es um praktische Lösungen, mit denen Menschen Wasser an den heißesten und trockensten Orten der Erde bekommen können“, sagte Guihua Yu, Professor für Materialwissenschaften und Maschinenbau am Walker Department of Mechanical Engineering der Cockrell School of Engineering. „Dies könnte Millionen von Menschen ohne ständigen Zugang zu Trinkwasser ermöglichen, einfache, wassererzeugende Geräte zu Hause zu haben, die sie leicht bedienen können.“
Das neue Papier erscheint in Naturkommunikation.
Die Forscher verwendeten erneuerbare Zellulose und eine gängige Küchenzutat, Konjakgummi, als hauptsächliches hydrophiles (von Wasser angezogenes) Skelett. Die offenporige Struktur von Kaugummi beschleunigt den Feuchtigkeitsaufnahmeprozess. Eine weitere entwickelte Komponente, thermoresponsive Zellulose mit hydrophober (gegen Wasser beständiger) Wechselwirkung beim Erhitzen, trägt dazu bei, das gesammelte Wasser sofort freizusetzen, so dass der Gesamtenergieaufwand für die Wassererzeugung minimiert wird.
Andere Versuche, Wasser aus der Wüstenluft zu ziehen, sind normalerweise energieintensiv und produzieren nicht viel. Und obwohl 6 Liter nicht nach viel klingen, sagen die Forscher, dass die Schaffung dickerer Filme oder absorbierender Betten oder Anordnungen mit Optimierung die Menge an Wasser, die sie liefern, drastisch erhöhen könnte.
Die Reaktion selbst ist einfach, sagten die Forscher, was die Herausforderungen der Skalierung und des Erreichens einer Massennutzung verringert.
„Dazu braucht man keinen fortgeschrittenen Abschluss“, sagte Youhong „Nancy“ Guo, die Hauptautorin der Veröffentlichung und ehemalige Doktorandin in Yus Labor, jetzt Postdoktorandin am Massachusetts Institute of Technology. „Es ist einfach genug, dass jeder es zu Hause machen kann, wenn er die Materialien hat.“
Die Folie ist flexibel und kann je nach Bedarf des Benutzers in eine Vielzahl von Formen und Größen geformt werden. Zur Herstellung des Films ist lediglich der Gelvorläufer erforderlich, der alle relevanten Bestandteile enthält, die in eine Form gegossen werden.
„Das Gel braucht nur 2 Minuten, um sich auszuhärten. Dann muss es nur noch gefriergetrocknet werden und kann von der Form abgezogen und sofort verwendet werden“, sagte Weixin Guan, Doktorand in Yus Team und leitender Forscher der Arbeit. Die Forscher stellen sich dies als etwas vor, das Menschen eines Tages in einem Baumarkt kaufen und aufgrund der Einfachheit in ihren Häusern verwenden könnten.
Youhong Guo et al, Skalierbare superhygroskopische Polymerfolien für nachhaltige Feuchtigkeitsgewinnung in ariden Umgebungen, Naturkommunikation (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-30505-2