Ο ηγέτης της ομάδας, ο βραβευμένος με Νόμπελ Χημείας Ομάρ Γιαγκί, είναι γνωστός για την εφεύρεση των μεταλλο-οργανικών πλεγμάτων (MOFs), υλικών εξαιρετικά πορωδών που μπορούν να “αιχμαλωτίσουν” μόρια από τον αέρα
Η έρημος φαίνεται άγονη, σκληρή και χωρίς ζωή. Όμως τη νύχτα, όταν η θερμοκρασία πέφτει, ο αέρας συγκρατεί μικρές ποσότητες υγρασίας. Και αυτές τις αόρατες σταγόνες κατάφεραν να “παγιδέψουν” ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ, δημιουργώντας μια φορητή συσκευή που μετατρέπει τον ξηρό αέρα σε πόσιμο νερό, χρησιμοποιώντας μόνο το φως του ήλιου.
Η συσκευή λειτουργεί σε δύο φάσεις. Τη νύχτα, το MOF απορροφά μόρια νερού από τον αέρα. Την ημέρα, η θερμότητα του ήλιου αναγκάζει το υλικό να απελευθερώσει την υγρασία. Οι υδρατμοί ψύχονται σε έναν ειδικό συμπυκνωτή και μετατρέπονται σε υγρό νερό.
Η καινοτομία δεν είναι μόνο στο υλικό. Το MOF-303, όπως ονομάζεται, διαμορφώνεται σε λεπτούς δίσκους και τοποθετείται σε στοίβες με πορώδη αφρό νικελίου. Η δομή αυτή επιτρέπει στον αέρα να κυκλοφορεί και στη θερμότητα να διαχέεται σωστά, καθιστώντας τη διαδικασία πιο αποδοτική. Ο συμπυκνωτής παραμένει δροσερός ενώ το MOF θερμαίνεται, ώστε οι υδρατμοί να γίνονται σταγόνες και να μην χάνονται στον αέρα.
Δοκιμές σε ακραίες συνθήκες
Η ομάδα δοκίμασε τη συσκευή στο Μπέρκλεϊ και στην Κοιλάδα του Θανάτου, ένα από τα πιο ξηρά και θερμά σημεία της Βόρειας Αμερικής. Οι θερμοκρασίες κυμαίνονταν από 21,9 έως 60,7 βαθμούς Κελσίου, με τη σχετική υγρασία να φτάνει μόλις το 9,4%. Παρά τις αντίξοες συνθήκες, η συσκευή μάζευε 114 έως 210 γραμμάρια νερού ανά κιλό MOF ημερησίως, και στο Μπέρκλεϊ η απόδοση έφτασε τα 245 γραμμάρια.
Για να βελτιωθεί η συμπύκνωση, οι ερευνητές έβαλαν υδρόφοβες επιστρώσεις και ειδικά κανάλια στην επιφάνεια του συμπυκνωτή, ώστε οι σταγόνες να ενώνονται και να κυλούν προς τα κάτω χωρίς να εμποδίζουν τη συλλογή νέου νερού. Στο εργαστήριο, η βελτιωμένη επιφάνεια έφτασε την απόδοση των 248 γραμμαρίων ανά κιλό MOF.
Ο ρόλος της ψηφιακής τεχνολογίας
Η ομάδα του Γιαγκί δεν περιορίστηκε μόνο στα υλικά. Χρησιμοποίησε υπολογιστικά μοντέλα και μηχανική μάθηση για να σχεδιάσει τα υλικά και τη συσκευή, δημιουργώντας έναν “ψηφιακό κύκλο καινοτομίας” που συνδέει το μόριο, το υλικό και τη λειτουργία της συσκευής. “Κάθε μέρος πρέπει να βελτιστοποιηθεί για να φτάσουμε στην υψηλότερη δυνατή απόδοση”, λέει ο Γιαγκί.
Τι υπόσχεται και τι όχι ακόμη
Η συσκευή δείχνει ότι είναι δυνατή η παραγωγή νερού από σχεδόν ξηρό αέρα μόνο με τη χρήση του ήλιου. Αποτελεί μια πιθανή λύση για περιοχές με σοβαρή λειψυδρία, απομακρυσμένες κοινότητες ή καταστάσεις έκτακτης ανάγκης.
Ωστόσο, οι ερευνητές τονίζουν ότι χρειάζονται περαιτέρω μελέτες για την οικονομική βιωσιμότητα, την περιβαλλοντική επίπτωση της παραγωγής MOF και τη μακροχρόνια αντοχή της συσκευής. Παρά ταύτα, το επίτευγμα αποτελεί μια εντυπωσιακή απόδειξη ότι το νερό μπορεί να αντληθεί από εκεί που κανείς δεν το περιμένει: τον αέρα πάνω από την έρημο.
