Hoge luchtvochtigheid veroorzaakt ongemak en maakt warme dagen ondraaglijker. Een team van onderzoekers van de National University of Singapore (NUS) heeft een nieuw gelachtig materiaal uitgevonden dat niet alleen de omgevingslucht effectief ontvochtigt om het thermisch comfort te verbeteren, maar het benut ook het vocht in de lucht voor een breed scala aan praktische toepassingen, zoals het functioneren als zon- of privacyscherm, geleidende inkt en zelfs een batterij. En al deze interessante eigenschappen zijn inherent aan het materiaal na wateropname, zonder dat er externe voeding nodig is.

De unieke hydrogel is een vorm van zinkoxide - een verbinding die wordt aangetroffen in zonnebrandcrème - in een gelachtige staat. Het kan meer dan 2,5 keer zijn gewicht aan water uit de omgeving opnemen en presteert minstens acht keer beter dan commerciële droogmiddelen. Het is geschikt voor zowel binnen- als buitentoepassingen, en is ook goedkoop en gemakkelijk te produceren.

"Singapore, zoals veel tropische landen, ervaren hoge niveaus van relatieve vochtigheid tussen 70 en 80 procent. In een vochtige omgeving, de lucht is verzadigd met water en daardoor zweet op ons lichaam verdampt langzamer. Hierdoor voelen we ons heter dan de werkelijke omgevingstemperatuur, tot groot ongemak leiden. Onze nieuwe hydrogel heeft als doel een verkoelend effect te bereiken door zeer efficiënt vocht uit de omgevingslucht te verwijderen, " zei assistent-professor Swee Ching TAN van de afdeling Materials Science and Engineering aan de NUS-faculteit Ingenieurswetenschappen, die het onderzoek leidde.

"Deze nieuwe hydrogel presteert minstens acht keer beter dan bestaande droogmiddelen, zoals silicagel en calciumchloride, bij het verwijderen van vocht uit de lucht - het kan meer water opnemen, werkt sneller en verbruikt minder materiaal. In tegenstelling tot energie-intensieve ontvochtigings- en airconditioningsystemen, deze hydrogel heeft geen elektriciteit nodig om te werken. Het kan gemakkelijk op muren worden gecoat, ramen en zelfs decoratieve voorwerpen (zoals een sculptuur) om de ontvochtigende functie uit te voeren, "Asst Prof Tan toegevoegd.

Verbetering van thermisch comfort

Hydrogels zijn materialen die grote hoeveelheden water bevatten en die vaak worden gebruikt in contactlenzen, wondverband en producten voor persoonlijke verzorging. Onlangs, hydrogels zijn gebruikt voor biomedische toepassingen, zoals tissue engineering en medicijnafgifte. Echter, het vermogen van hydrogels om water uit de omringende lucht te absorberen is niet goed onderzocht.

De nieuwe hydrogel ontwikkeld door het NUS Engineering-team haalt watermoleculen direct uit de omringende lucht, en vermindert de relatieve vochtigheid in een besloten ruimte van 80 procent naar 60 procent - binnen de thermische comfortzone - in minder dan zeven minuten.

Dit materiaal is geschikt voor het verlagen van de relatieve vochtigheid in zowel binnen- als buitenomgevingen, zoals in ziekenhuisafdelingen en klaslokalen zonder airconditioning, maar ook in parken en bushaltes.

Vocht benutten voor uiteenlopende toepassingen

Asst Prof Tan zei, "Vocht in de lucht is een overvloedige hulpbron, maar er zijn weinig pogingen om te oogsten en het goed te gebruiken. Wanneer onze nieuwe hydrogel water absorbeert, zagen we dat het interessante optische, elektrische en elektrochemische eigenschappen. Dit opent een breed scala aan handige toepassingen."

Na inname van water uit de omgeving, de nieuwe hydrogel wordt ondoorzichtig en vermindert de infraroodtransmissie met ongeveer 50 procent. Dit vertaalt zich in een verlaging van de omgevingstemperatuur met meer dan zeven graden Celsius. Vandaar, de hydrogel kan worden gebruikt als slim raammateriaal om de warmte van natuurlijk zonlicht af te schermen en tegelijkertijd als privacyscherm te fungeren. Bij gebruik in combinatie met airconditioners, gebouw- of huiseigenaren kunnen profiteren van besparingen op de energiekosten, aangezien de koelere omgevingslucht minder elektriciteit nodig heeft om deze op de gewenste temperatuur te koelen.

Een andere interessante toepassing van de hydrogel is om te functioneren als geleidende inkt op printplaten die vaak worden aangetroffen in elektronische apparaten. De gelachtige aard van het materiaal maakt het zeer aantrekkelijk voor flexibele elektronica. De hydrogel kan gemakkelijk worden gewist met gewone oplosmiddelen zoals azijn, zodat de printplaten hergebruikt konden worden. Dit zou helpen om elektronisch afval te verminderen.

Het onderzoeksteam ontdekte ook dat de hydrogel ongeveer 1,8 volt elektriciteit kan genereren - vergelijkbaar met de AA-batterij - wat voldoende is om apparaten zoals een kleine digitale klok van stroom te voorzien. Als zodanig, het materiaal kan ook worden gebruikt als noodstroombron in situaties waar er geen zonlicht of elektriciteit is.

Deze onderzoeksresultaten zijn online gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Energie en milieuwetenschappen op 24 mei 2018.

De ontwikkeling van de nieuwe hydrogel wordt ondersteund door NUS en het Singaporese Ministerie van Onderwijs. Na de veelbelovende resultaten van het gebruik van de hydrogel om de relatieve vochtigheid aanzienlijk te verlagen, het onderzoeksteam, met steun van het NUS Industry Liaison Office, heeft aanzienlijke financiering ontvangen van Temasek Foundation Ecosperity om deze nieuwe toepassing op grotere schaal te testen in zowel binnen- als buitenruimtes.

Het NUS-onderzoeksteam heeft een patent aangevraagd voor hun uitvinding, en de onderzoekers zullen meer studies uitvoeren om de toepassing van de verschillende eigenschappen van de nieuwe hydrogel verder te bevorderen.