Bærbar ferskvandshøster kunne trække op til 10 gallons i timen fra luften

I tusinder af år, mennesker i Mellemøsten og Sydamerika har udvundet vand fra luften for at hjælpe med at opretholde deres befolkninger. Med inspiration fra disse eksempler, forskere er nu ved at udvikle en letvægts, batteridrevet ferskvandshøster, der en dag kunne tage så meget som 10 gallons i timen fra luften, selv på tørre steder. De siger, at deres nanofiber-baserede metode kan hjælpe med at løse moderne vandmangel på grund af klimaændringer, industriel forurening, tørke og grundvandsnedbrydning.

Forskerne vil præsentere deres resultater i dag ved det 256. nationale møde og udstilling i American Chemical Society (ACS).

"Jeg var på besøg i Kina, som har et problem med ferskvandsmangel. Der investeres i spildevandsrensning, men jeg troede, at den indsats alene var utilstrækkelig, "Shing-Chung (Josh) Wong, Ph.D., siger. I stedet for at stole på renset spildevand, Wong mente, at det kunne være mere fornuftigt at udvikle en ny type vandhøster, der kunne udnytte de rigelige vandpartikler i atmosfæren.

At høste vand fra luften har en lang historie. For tusinder af år siden, inkaerne i Andes-regionen samlede dug og kanaliserede det i cisterner. For nylig, nogle forskergrupper har udviklet massive tåge- og tågefangere i Andesbjergene og i Afrika.

For at miniaturisere vandproduktion og forbedre effektiviteten, Wong og hans studerende ved University of Akron vendte sig mod elektrospundne polymerer, et materiale de allerede havde arbejdet med i mere end et årti. Elektrospinning bruger elektriske kræfter til at producere polymerfibre, der spænder fra snesevis af nanometer op til 1 mikrometer - en ideel størrelse til at kondensere og presse vanddråber ud af luften. Disse nanoskala fiberpolymerer tilbyder et utroligt højt overflade-areal-til-volumen-forhold, meget større end det, der leveres af de typiske strukturer og membraner, der bruges i vanddestilleri.

Ved at eksperimentere med forskellige kombinationer af polymerer, der var hydrofile - som tiltrækker vand - og hydrofobe - som udleder vand, gruppen konkluderede, at et vandopsamlingssystem faktisk kunne fremstilles ved hjælp af nanofiberteknologi. Wongs gruppe fastslog, at deres polymermembran kunne høste 744 mg/cm ² /h, hvilket er 91 procent højere end tilsvarende designede membraner uden disse nanofibre.

I modsætning til eksisterende metoder, Wongs høstmaskine kunne arbejde i tørre ørkenmiljøer på grund af membranens høje forhold mellem overfladeareal og volumen. Det ville også have et minimalt energibehov. "Vi kunne trygt sige, at med de seneste fremskridt inden for lithium-ion-batterier, vi kunne i sidste ende udvikle en mindre, enhed i rygsækstørrelse, " han siger.

Hvad mere er, Wongs nanofiberdesign fanger vand og filtrerer det samtidigt. Det elektrospundne fibernetværk kan fungere som en antibegroningsoverflade, fjernelse af mikrober, der kunne samle sig på mejetærskerens overflade. Så vandet ville være "klart og fri for forurenende stoffer" og straks drikkeligt, når det er opsamlet, han siger.

Næste, Wong håber på at få yderligere midler til at bygge en prototype af ferskvandshøsteren. Han forudser, at når hans team er i stand til at producere prototypen, det skal være billigt at fremstille.