Afgelopen oktober, een universiteit van Californië, Berkeley, team ging naar de woestijn van Arizona, ploften hun nieuwste prototype wateroogstmachine in de achtertuin van een landstreekhuis en begonnen water uit de lucht te zuigen zonder enige andere kracht dan zonlicht.

De succesvolle veldtest van hun grotere, next-generation harvester bewees wat het team eerder in 2017 had voorspeld:dat de water harvester elke dag/nacht cyclus drinkbaar water kan winnen bij een zeer lage luchtvochtigheid en tegen lage kosten, waardoor het ideaal is voor mensen die in droge, door water uitgehongerde gebieden van de wereld.

"Zoiets bestaat niet, " zei Omar Yaghi, die de technologie heeft uitgevonden die ten grondslag ligt aan de oogstmachine. "Het werkt bij omgevingstemperatuur met omgevingszonlicht, en zonder extra energie-input kun je water verzamelen in de woestijn. Deze reis van laboratorium naar woestijn stelde ons in staat om waterwinning echt om te zetten van een interessant fenomeen in een wetenschap."

Yagi, de James en Neeltje Tretter-leerstoel in de chemie aan UC Berkeley en een faculteitswetenschapper aan het Lawrence Berkeley National Laboratory, en zijn team zullen de resultaten van de eerste veldtest van een waterverzamelende oogstmachine rapporteren in het nummer van 8 juni van het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

Het proces in Scottsdale, waar de relatieve vochtigheid daalt van 40 procent 's nachts tot 8 procent overdag, aangetoond dat de oogstmachine eenvoudig op te schalen moet zijn door simpelweg meer van de waterabsorber toe te voegen, een zeer poreus materiaal dat een metaal-organisch raamwerk wordt genoemd, of MOF. De onderzoekers verwachten dat met de huidige MOF (MOF-801), gemaakt van het dure metaal zirkonium, ze zullen uiteindelijk ongeveer 200 milliliter (ongeveer 7 ons) water per kilogram (2,2 pond) MOF kunnen oogsten, of 3 ons water per pond.

Maar Yaghi meldt ook dat hij een nieuwe MOF heeft gemaakt op basis van aluminium, genaamd MOF-303, dat is minstens 150 keer goedkoper en vangt twee keer zoveel water op in laboratoriumtests. Hierdoor zal een nieuwe generatie oogstmachines meer dan 400 ml (3 kopjes) water per dag kunnen produceren uit een kilogram MOF, het equivalent van een half blikje frisdrank per pond per dag.

"Er is een enorme interesse om dit te commercialiseren, en er zijn al verschillende startups bezig met het ontwikkelen van een commercieel apparaat voor het oogsten van water, " zei Yaghi. "De aluminium MOF maakt dit praktisch voor waterproductie, omdat het goedkoop is."

Yaghi werkt ook samen met King Abdul Aziz City voor Wetenschap en Technologie in Riyad, Saoedi-Arabië, en zijn voorzitter, Prins Dr. Turki Saud Mohammad Al Saud, over de technologie als onderdeel van hun gezamenlijke onderzoekscentrum voor nanomaterialen en schone energie.

Superabsorberende MOF's

Yaghi is een pionier in metaal-organische raamwerken, die vaste stoffen zijn met zoveel interne kanalen en gaten dat een MOF ter grootte van een suikerklontje een intern oppervlak kan hebben ter grootte van zes voetbalvelden. Dit oppervlak absorbeert gemakkelijk gassen of vloeistoffen, maar net zo belangrijk, laat ze snel los bij verhitting. Verschillende soorten MOF's worden al getest als een manier om meer gas in de tanks van voertuigen op waterstof te stoppen, kooldioxide uit schoorstenen opnemen en methaan opslaan.

Een aantal jaar geleden, Yaghi creëerde MOF-801, die gemakkelijk water opneemt en afgeeft, en vorig jaar testte hij kleine hoeveelheden in een eenvoudige oogstmachine om te zien of hij 's nachts water uit de omgevingslucht kon opvangen en de hitte van de zon kon gebruiken om het weer naar buiten te drijven voor gebruik. Die oogstmachine, gebouwd door een medewerker van MIT met minder dan 2 gram MOF, bewezen dat het concept werkte:de ramen beslagen in de zon, hoewel de onderzoekers het water niet konden verzamelen of nauwkeurig konden meten.

Diezelfde oogstmachine werd eerder dit jaar naar de woestijn getransporteerd en werkte op dezelfde manier, hoewel er opnieuw alleen waterdruppels werden gegenereerd als een proof of concept.

Voor het nieuwe papier het UC Berkeley-team - afgestudeerde student Eugene Kapustin en postdoctorale fellows Markus Kalmutzki en Farhad Fathieh - verzamelden en maten het water en testten de nieuwste generatie oogstmachine onder wisselende vochtigheidsomstandigheden, temperatuur en zonne-intensiteit.

De oogstmachine is in wezen een doos in een doos. De binnendoos bevat een bed van 2 vierkante meter met MOF-korrels open naar de lucht om vocht te absorberen. Dit is ingekapseld in een plastic kubus van twee voet met transparante boven- en zijkanten. De bovenkant werd 's nachts open gelaten om lucht naar binnen te laten stromen en contact te maken met de MOF, maar werd overdag vervangen, zodat de doos kon opwarmen als een broeikas om water terug uit de MOF te drijven. Het vrijgekomen water condenseerde aan de binnenkant van de buitendoos en viel naar de bodem, waar de onderzoekers het met een pipet verzamelden.

De uitgebreide veldtests vormen een blauwdruk waarmee ingenieurs de oogstmachine kunnen configureren voor de verschillende omstandigheden in Arizona, de Middellandse Zee of waar dan ook, een specifieke MOF gegeven.

"De belangrijkste ontwikkeling hier is dat het werkt bij een lage luchtvochtigheid, want dat is wat het is in de droge gebieden van de wereld, " zei Yaghi. In deze omstandigheden, de oogstmachine verzamelt zelfs bij dauwpunten onder nul water.

Yaghi kijkt reikhalzend uit naar de volgende veldtest, die de op aluminium gebaseerde MOF zal testen en gepland staat voor Death Valley in de late zomer, waar de temperaturen overdag 110 graden Fahrenheit bereiken en 's nachts in de jaren 70 blijven, met nachtelijke vochtigheid zo laag als 25 procent.