I ørkenforsøg, næste generations vandopsamler leverer frisk vand fra luften

I oktober sidste år, et universitet i Californien, Berkeley, hold satte kursen mod Arizona -ørkenen, plukkede deres nyeste prototype vandhøster ind i baghaven på et traktorhjem og begyndte at suge vand ud af luften uden anden strøm end sollys.

Den vellykkede felttest af deres større, næste generations mejetærsker beviste, hvad teamet havde forudsagt tidligere i 2017:at vandhøsteren kan udvinde drikkevand hver dag/natcyklus ved meget lav luftfugtighed og til lave omkostninger, gør den ideel til mennesker, der lever i tørre områder, vandhungrede områder i verden.

"Der er ikke noget som dette, "sagde Omar Yaghi, der opfandt teknologien, der ligger til grund for høstmaskinen. "Det fungerer ved omgivelsestemperatur med omgivende sollys, og uden yderligere energitilførsel kan du opsamle vand i ørkenen. Denne rejse fra laboratorium til ørken gjorde det muligt for os virkelig at gøre vandhøst fra et interessant fænomen til en videnskab. "

Yaghi, James og Neeltje Tretter -stolen i kemi ved UC Berkeley og en fakultetsforsker ved Lawrence Berkeley National Laboratory, og hans team vil rapportere resultaterne af den første felttest af en vandopsamler i den 8. juni i bladet Videnskab fremskridt .

Retssagen i Scottsdale, hvor den relative luftfugtighed falder fra en højde på 40 procent om natten til så lav som 8 procent i løbet af dagen, demonstreret, at høstmaskinen skal være let at skalere ved blot at tilføje mere af vandabsorberen, et meget porøst materiale kaldet en metal-organisk ramme, eller MOF. Forskerne forventer, at med den nuværende MOF (MOF-801), fremstillet af det dyre metalzirkonium, de vil i sidste ende være i stand til at høste omkring 200 milliliter (ca. 7 ounces) vand pr. kg MOF, eller 3 ounce vand pr. pund.

Men Yaghi rapporterer også, at han har skabt en ny MOF baseret på aluminium, kaldet MOF-303, det er mindst 150 gange billigere og fanger dobbelt så meget vand i laboratorietest. Dette vil gøre det muligt for en ny generation af skovningsmaskiner at producere mere end 400 ml (3 kopper) vand om dagen fra et kilo MOF, svarende til en halv 12 ounce sodavand pr. pund om dagen.

"Der har været en enorm interesse i at kommercialisere dette, og der er flere startups, der allerede er i gang med at udvikle en kommerciel vandhøstningsanordning, "Sagde Yaghi." Aluminium MOF gør dette praktisk til vandproduktion, fordi det er billigt. "

Yaghi arbejder også med King Abdul Aziz City for Science and Technology i Riyadh, Saudi Arabien, og dens præsident, Prins Dr. Turki Saud Mohammad Al Saud, på teknologien som en del af deres fælles forskningscenter for ekspertise for nanomaterialer og ren energi.

Superabsorberende MOF'er

Yaghi er en pioner inden for metal-organiske rammer, som er faste stoffer med så mange interne kanaler og huller, at en MOF i sukker-terningstørrelse kan have et indre overfladeareal på størrelse med seks fodboldbaner. Dette overfladeareal absorberer let gasser eller væsker, men lige så vigtigt, frigiver dem hurtigt, når de opvarmes. Forskellige typer MOF'er testes allerede som en måde at pakke mere gas i tankene på brintdrevne køretøjer, optage kuldioxid fra røgstokke og opbevare metan.

For flere år siden, Yaghi oprettede MOF-801, som let absorberer og frigiver vand, og sidste år testede han små mængder i en simpel mejetærsker for at se, om han kunne fange vand fra omgivende luft natten over og bruge solens varme til at køre det ud igen til brug. Den høstmaskine, bygget af en samarbejdspartner på MIT ved hjælp af mindre end 2 gram MOF, beviste, at konceptet virkede:vinduerne duggede op i solen, selvom forskerne ikke var i stand til at opsamle eller nøjagtigt måle vandet.

Den samme mejetærsker blev transporteret til ørkenen tidligere på året og fungerede på samme måde, men igen blev der kun genereret vanddråber som bevis på konceptet.

For det nye papir, UC Berkeley -teamet - kandidatstuderende Eugene Kapustin og postdoktorer Markus Kalmutzki og Farhad Fathieh - indsamlede og målte vandet og testede den nyeste høstmaskine under forskellige fugtighedsforhold, temperatur og solintensitet.

Høsteren er i det væsentlige en kasse i en kasse. Den indre boks rummer en seng på 2 kvadratmeter MOF-korn, der er åben til luften for at absorbere fugt. Dette er indkapslet i en to-fods plastterning med gennemsigtig top og sider. Toppen blev efterladt åben om natten for at lade luft strømme ind og kontakte MOF, men blev udskiftet i løbet af dagen, så kassen kunne varme op som et drivhus for at drive vand tilbage ud af MOF. Det frigjorte vand kondenseret på indersiden af ​​den ydre boks og faldt til bunden, hvor forskerne samlede det med en pipette.

De omfattende felttest opstiller en plan, der gør det muligt for ingeniører at konfigurere høstmaskinen til de forskellige forhold i Arizona, Middelhavet eller andre steder, givet en bestemt MOF.

"Den centrale udvikling her er, at den fungerer ved lav luftfugtighed, fordi det er, hvad det er i tørre områder i verden, "Sagde Yaghi. Under disse forhold, høstmaskinen opsamler vand, selv ved dugpunkter under nul.

Yaghi venter spændt på den næste felttest, som vil teste den aluminiumbaserede MOF og er planlagt til Death Valley i sensommeren, hvor temperaturen når 110 grader Fahrenheit i dagtimerne og forbliver i 70’erne om natten, med natfugtighed så lav som 25 procent.