Вчені з Університету Айови зробили важливий крок у розвитку технологій отримання води з повітря — розробили тривимірну кристалічну структуру, яка здатна захоплювати та зберігати воду безпосередньо з атмосфери. Це відкриття може стати основою для нових рішень у боротьбі з дефіцитом питної води, який у найближчі десятиліття загрожує мільярдам людей.
Суть технології полягає у використанні так званих метало-органічних каркасів (MOF) — це складні структури, де атоми металів з’єднані органічними молекулами, утворюючи своєрідну тривимірну решітку з мікропорожнинами. Саме ці порожнини й стають “пастками” для молекул води.
У звичайному стані створена структура є щільною і майже не має внутрішніх пор. Але все змінюється під дією ультрафіолетового світла. Під його впливом відбувається хімічна перебудова матеріалу: молекулярні “зв’язки” змінюють форму, і всередині кристала утворюється безліч мікроскопічних порожнин. Саме вони починають притягувати молекули води з повітря та утримувати їх усередині структури.
За словами дослідників, кожна така мікропорожнина здатна утримувати кілька молекул води, а в сукупності це може становити близько 5% маси матеріалу. Хоча це здається невеликою кількістю, потенціал технології полягає у масштабуванні — подібні структури можна створювати у великих об’ємах.
“Ми фактично навчилися запускати процес збору води за допомогою світла, і це можна робити лише з використанням сонячного ультрафіолету”, — пояснюють автори дослідження. Після насичення структури воду можна вивільняти за потреби, що робить матеріал потенційно придатним для автономних систем водопостачання.
Цікавим є й те, що сам процес відбувається без зовнішніх насосів чи складної енергетики — лише за рахунок світла. Під час опромінення внутрішня структура матеріалу змінюється, утворюючи своєрідні “кишені”, куди й потрапляє волога з повітря.
Дослідники також зазначають, що поки що використовували кадмій як модельний компонент, однак у майбутньому планують замінити його на менш токсичні елементи, щоб зробити технологію безпечнішою для практичного застосування.
Головна ідея роботи полягає у створенні “розумних” матеріалів, які реагують на зовнішні стимули — у цьому випадку на світло — і виконують корисну функцію, таку як збір води. Це може стати особливо важливим для регіонів із посушливим кліматом, де доступ до чистої води обмежений.
Як підкреслюють автори, наступним кроком стане збільшення ефективності поглинання води та перевірка технології в реальних умовах. Якщо розробку вдасться масштабувати, вона може стати одним із рішень глобальної проблеми водного дефіциту, яка, за оцінками ООН, до 2050 року може торкнутися майже половини населення Землі.