Woda z powietrza? Przydałaby się całej ludzkości

Urządzenie, które pozwala uzyskiwać wodę z powietrza tylko przy pomocy słońca, powstało w 2017 r. Trwające od tego czasu testy potwierdziły jego skuteczność nawet w pustynnych warunkach.

Wodę z powietrza można uzyskać w dość prosty sposób – wystarczy w wilgotnym powietrzu rozpiąć drobną nylonową siatkę lub płótno, gdzie osadzi się rosa. W ten sposób pozyskują wodę mieszkańcy Chungungo w górach El Tofo w północnym Chile. Niestety, „zbieranie mgły” (tak tę technologię nazwano po angielsku) wymaga wysokiej wilgotności powietrza. Zachodnie zbocza Andów doskonale się do tego nadają, bo napływa nad nie wilgotne powietrze znad Pacyfiku.

„Zbieranie mgły” nie zawsze jest łatwe i tanie

Tam, gdzie powietrze jest bardziej suche, nadal można z powietrza uzyskać wodę, bo w temperaturze poniżej tzw. punktu rosy para wodna ulega kondensacji. Wystarczy więc powietrze odpowiednio schłodzić, aby zebrała się rosa (przekonać się o tym można, gdy zapomnimy domknąć drzwi lodówki). Sęk w tym, że schładzanie jest dość kosztowne, bo wymaga agregatów chłodniczych, a te zasilania. Na taki luksus stać by może było mieszkańców zamożnej Arabii Saudyjskiej – ale nawet tam taniej jest odsalać wodę morską.

Są też inne sposoby, na przykład zbieranie wilgoci za pomocą absorbentów, takich jak żel krzemionkowy, który później podgrzewa się, by uwolnić wodę. Podgrzewanie jednak wymaga energii, a cała instalacja staje się spora i dość skomplikowana, zwłaszcza gdy chcemy wodę uzyskać dzięki darmowej energii ze słońca.

Polimery krystaliczne i promienie słońca

W kwietniu ubiegłego roku w „Science” grupa naukowców z Massachusetts Institute of Technology opublikowała pracę, w której opisywała działanie urządzenia produkującego wodę z powietrza opartego na zupełnie innej zasadzie. Wykorzystuje opracowane przez badaczy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley krystaliczne polimery, w których cząsteczki metali połączono organicznymi mostkami (tzw. szkielety metaloorganiczne, czyli Metal Organic Frameworks, w skrócie MOF). Takie związki chemiczne tworzą sztywne, puste w środku struktury, w których można przechowywać gazy lub ciecze.

Okazało się, że połączenie atomów cyrkonu z pomocą cząsteczek kwasu adypinowego doskonale wyłapuje cząsteczki pary wodnej. Aby otrzymać krople wody, wystarczy wykorzystać promienie słońca (MOF zbiera wilgoć z powietrza w nocy, a w dzień, gdy pada nań światło, uwalnia parę wodną do wnętrza skrzynki, gdzie wilgoć skrapla się na kondensatorze, którym jest chłodniejsza płytka podłączona do umieszczonego na spodzie urządzenia radiatora).

Prototyp urządzenia na każdy kilogram wykorzystywanego materiału uzyskiwał prawie trzy litry wody na dobę, nawet przy wilgotności 20–30 proc. (średnia dobowa wilgotność powietrza w Polsce wynosi 60–80 proc.).

Woda z powietrza nawet na pustyni

W najnowszym numerze „Nature Communications” badacze donoszą, że przez rok testowali swoje urządzenie na dachu Arizona State University w Tempe. Było w stanie uzyskiwać wodę nawet przy panującej tam wilgotności rzędu 5–10 proc., czyli w prawdziwie pustynnych warunkach. Urządzenie nie ma żadnych ruchomych części, które mogłyby się zużywać, nie potrzebuje innej energii niż światło słońca. Wynalazcy chcą teraz zwiększyć jego wydajność i sprawdzić, czy da się je produkować na większą skalę.

Można wyobrazić sobie, że gdy takie „magiczne skrzynki” wejdą do produkcji, wodę będą mogli mieć za darmo nie tylko mieszkańcy suchych regionów Afryki. Technologia przyda się wszędzie tam, gdzie nie opłaca się wiercić studni, a rurociąg nie dociera. Pozwoli nawadniać uprawy w suchym klimacie, a w wilgotniejszych warunkach uchronić je przed suszą, zanim nadejdą deszcze.

Wyścig o zbieranie wody z powietrza trwa

Światowa Organizacja Zdrowia uznaje, że ludzie potrzebują 20 l wody dziennie, aby zaspokoić pragnienie i potrzeby higieniczne. Obecnie 3,6 mld ludzi na świecie ma trudności z dostępem do wody przynajmniej przez miesiąc w roku. Coroczny raport (The United Nations World Water Development Report), opublikowany w ubiegłym tygodniu przez ONZ, ostrzega, że w połowie stulecia z takim problemem będzie borykać się już 5 mld ludzi.

Nic dziwnego, że wyścig o zbieranie wody z powietrza trwa. W czerwcu rozstrzygnięty zostanie konkurs organizacji charytatywnej XPrize. Do finałów dostało się pięć zespołów. Każdy ma za zadanie wyprodukować przynajmniej 2 tys. l wody dziennie za mniej niż 2 centy za litr z wykorzystaniem energii odnawialnej. Zespół, który zrobi to najtaniej, odbierze 1,5 mln dol.

Woda z powietrza okaże się dla zwycięzcy cenna. I przyda się niemal połowie ludzkości.