Вчені розробили нову систему, яка виробляє питну воду з повітря

Дослідники UT Austin розробили біорозкладаний гідрогель на основі біомаси, який ефективно витягує питну воду з повітря, пропонуючи масштабоване, стійке рішення для доступу до води в автономних громадах, наданні допомоги в надзвичайних ситуаціях і сільському господарстві. Викинуті залишки їжі, гілки, черепашки та інші природні матеріали є ключовими інгредієнтами в новій системі, розробленій дослідниками з Техаського університету в Остіні, яка може добувати питну воду з повітря.

Ця інноваційна система, яка називається «молекулярно функціональні гідрогелі біомаси», перетворює широкий спектр натуральних продуктів на сорбенти — матеріали, які поглинають рідини. Поєднуючи ці сорбенти з помірним теплом, дослідники можуть витягувати з атмосфери галони питної води навіть у посушливих умовах.

«Завдяки цьому прориву ми створили універсальну стратегію молекулярної інженерії, яка дозволяє перетворювати різноманітні природні матеріали у високоефективні сорбенти», — сказав Гуйхуа Юй, професор матеріалознавства та машинобудування Техаського інституту матеріалів при UT Austin. «Це відкриває абсолютно новий спосіб думати про сталий збір води, знаменуючи великий крок до практичних систем збору води для домашніх господарств і невеликих громад».

Під час польових випробувань дослідники генерували 14,19 літра (3,75 галона) чистої води на кілограм сорбенту щодня. Більшість сорбентів можуть генерувати від 1 до 5 літрів на кілограм на добу. Нове дослідження було опубліковано в Advanced Materials.

Перетворення біомаси на високоефективні сорбенти

За словами дослідників, ця система представляє новий спосіб розробки сорбентів. Замість традиційного підходу «вибери та об’єднай», який вимагає вибору конкретних матеріалів для певних функцій, ця загальна молекулярна стратегія дає змогу перетворити майже будь-яку біомасу на ефективний збір води.

На відміну від існуючих синтетичних сорбентів, які використовують продукти нафтохімії та, як правило, вимагають великих витрат енергії, гідрогель на основі біомаси, розроблений командою UT Austin, є біорозкладаним, масштабованим і вимагає мінімальної енергії для виділення води. Секрет полягає в двоетапному процесі молекулярної інженерії, який надає гігроскопічні властивості та термочутливість до будь-якого полісахариду на основі біомаси, такого як целюлоза, крохмаль або хітозан.

«Зрештою, доступ до чистої води повинен бути простим, стійким і масштабованим», — сказав Вейсінь Гуань, старший докторант і провідний дослідник дослідження. «Цей матеріал дає нам можливість використовувати найбагатші ресурси природи та робити воду з повітря — будь-коли та будь-де».

Остання інновація є частиною багаторічної роботи Ю з розробки рішень для людей, які не мають доступу до чистої питної води. Протягом своєї кар’єри він розробляв гідрогелі, що генерують воду, адаптуючи їх для найсухіших умов. Нещодавно він створив ін’єкційну систему фільтрації води та застосував свою гідрогелеву технологію у сільському господарстві.

Наразі дослідницька група працює над масштабуванням виробництва та розробкою реальних систем пристроїв для комерціалізації, включаючи портативні водозбиральні комбайни, самопідтримувані системи зрошення та пристрої для аварійного питного водопостачання. З самого початку дослідники зосереджувалися на масштабованості та здатності перевести ці дослідження в рішення, які можуть допомогти людям у всьому світі.

«Найбільшою проблемою для сталого збору води є розробка рішення, яке ефективно масштабується та залишається практичним за межами лабораторії», — сказав Ясюань Чжао, дипломований дослідник у лабораторії Ю. «Оскільки цей гідрогель можна виготовити з широко доступної біомаси та працює з мінімальними витратами енергії, він має великий потенціал для великомасштабного виробництва та розгортання в автономних громадах, зусиллях з надання допомоги в надзвичайних ситуаціях і децентралізованих системах водопостачання».