Waterwinning is een eeuwenoude techniek om atmosferische waterdamp te verzamelen. Onderzoekers kijken naar de natuur om meer te weten te komen over de efficiëntie van oppervlakken die worden gebruikt om de damp op te vangen.

Wetenschappers hebben lang aangenomen dat het vermogen van wateroogstende oppervlakken om te interageren met water - hun bevochtigbaarheid - een cruciale factor zou moeten zijn in hun prestaties, maar dit laatste onderzoek bij KAUST onthult een verrassing.

"Of een oppervlak 'van water houdt' of 'haat', maakt niet zoveel uit voor de uiteindelijke wateroogstprestaties, ", zegt Peng Wang van het KAUST Water Desalination and Reuse Center. Wang's gebruik van de termen liefde en haat weerspiegelt het technische onderscheid tussen oppervlakken die hydrofiel (waterminnend) en hydrofoob (waterhaat) zijn.

Onderzoek bij KAUST heeft tot doel de efficiëntie van verzamelmethoden voor waterwinning te verbeteren - een belangrijke bron van drinkwater in regio's met weinig regenval maar een hoge luchtvochtigheid - door rekening te houden met de invloed van kenmerken van verschillende oppervlakken, inclusief bevochtigbaarheid en randeffect. Wang voerde experimentele en theoretische studies uit naar het effect van oppervlaktebevochtiging, randstructuren en bevochtigingshysterese werken met zijn Ph.D. student Yong Jin en Lianbin Zhang, een voormalig onderzoeker van zijn KAUST-lab, die nu aan de Huazhong University in China zit.

In plaats van dat de bevochtigingseigenschappen van het oppervlak van het grootste belang zijn, het onderzoek van het team toonde aan dat variatie in de rand van de oppervlaktestructuren de vorming van waterdruppels aanzienlijk beïnvloedt, en dat structuren met ruwe randen die sommige in de natuur nabootsen, zeer effectief zijn.

"Proberen kunstmatige oppervlakken te ontwikkelen zoals het oppervlak van een cactus lijkt een goede manier om te gaan, ", zegt Wang. Zijn eerdere werk onderzocht ook de watervangende kracht van het exoskelet van woestijnkevers.

Waterwinning kan passief worden bereikt door een oppervlak bloot te stellen aan vochtige lucht of actief, bijvoorbeeld, door het oppervlak te koelen om condensatie van water aan te moedigen - vergelijkbaar met de werking van een huishoudelijke luchtontvochtiger. Passief oogsten heeft een lange geschiedenis, met zwevende stoffen die in verschillende culturen worden gebruikt om water uit de lucht te halen.

"Het veld van waterwinning is zowel volwassen als primitief tegelijk, " legt Wang uit. "Het is volwassen vanwege zijn oude oorsprong en toch primitief vanwege het beperkte begrip van de efficiëntie van verschillende oppervlakken."

De toekomstplannen van het team op dit gebied zullen een aanvulling vormen op hun verwante interesse in het gebruik van zonne-energie om zeewater en afvalwater te verdampen om vervolgens gezuiverd vloeibaar water uit de resulterende damp te condenseren. "De kennis die we verkrijgen door het bestuderen van atmosferisch waterwinning zal zeker een hulp zijn voor ander onderzoek, " zegt Wang.