Dagelijks verdampen er enorme hoeveelheden water uit wateroppervlakken zoals stuwmeren en de open zee. Om dit probleem aan te pakken, vooral in waterarme gebieden, onderzoekers van de National University of Singapore (NUS) hebben een innovatieve manier gevonden om water uit de vochtige lucht boven wateroppervlakken te halen.

De oplossing ligt in een unieke waterabsorberende hydrogel op zinkbasis die vorig jaar is ontwikkeld door een onderzoeksteam van de NUS-faculteit Ingenieurswetenschappen. Dit gelachtige materiaal absorbeert meer dan acht keer meer dan commerciële droogmiddelen en er is alleen natuurlijk zonlicht nodig om water uit de met water verzadigde hydrogel te halen.

"Vanwege het warme klimaat in Singapore, Jaarlijks gaat ongeveer 45 miljoen kubieke meter water uit reservoirs verloren door verdamping. Onze hydrogel kan vocht in vochtige lucht omzetten in water zonder dat er externe energie nodig is. Door gebruik te maken van de vochtrijke lucht die vaak wordt aangetroffen boven wateroppervlakken, we kunnen water verzamelen, die anders verloren zouden gaan voor het milieu, voor verschillende toepassingen, " zei onderzoeksteamleider assistent-professor Swee-Ching TAN, die van de afdeling Materials Science and Engineering van de NUS-faculteit Ingenieurswetenschappen is.

De bevindingen van het onderzoek zijn online gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Geavanceerde materialen eerder dit jaar.

Herstel van 'verloren' water van wateroppervlakken

Conventionele droogmiddelen zoals silicagel en calciumchloride kunnen slechts kleine hoeveelheden water opnemen. Het winnen van water uit deze middelen zou energie-intensieve processen en hoge temperaturen vergen, en daarom is deze aanpak niet kosteneffectief.

De nieuwe hydrogel die door het NUS-team is ontwikkeld, absorbeert efficiënt water, meer dan vier keer het oorspronkelijke gewicht. Bij herhaaldelijk gebruik gedurende meerdere absorptie-desorptiecycli binnen een dag, de hoeveelheid water die het verzamelt, kan oplopen tot 14 keer per kilogram hydrogel die wordt gebruikt.

Als bijkomend voordeel, de nieuwe hydrogel geeft water vrij bij een relatief lagere temperatuur tussen 45 en 50 graden Celsius, die gemakkelijk kan worden bereikt met de opstelling van het team. Vandaar, water kan uit de hydrogel worden gehaald met behulp van natuurlijk zonlicht en heeft geen externe energiebron nodig.

Verder, terwijl de meeste in de handel verkrijgbare droogmiddelen alleen geschikt zijn voor eenmalig gebruik, de door NUS ontwikkelde hydrogel behoudt zijn absorptievermogen zelfs na 1 000 absorptie-desorptiecycli.

Drijvende wateroogstmachine

Als proof-of-concept, het onderzoeksteam bouwde eerst drijvende apparaten met elk een kleine hoeveelheid hydrogel op een glasplaat. Deze apparaten werden achtergelaten om op het water bij een strand te drijven. Periodiek, de met water verzadigde hydrogels werden teruggewonnen en overgebracht naar een afgesloten glazen doos die vervolgens werd blootgesteld aan natuurlijk zonlicht. Bij blootstelling aan hitte, de temperatuur in de glazen doos zou verder oplopen, waardoor vocht in de hydrogels als dampen vrijkomt en later condenseert op de wanden van de glazen doos. Gecondenseerde waterdruppels in de glazen doos werden vervolgens verzameld.

Het onderzoeksteam onderzocht verder de kwaliteit van het water dat uit de hydrogels werd geoogst en ontdekte dat het zoutgehalte bijna te verwaarlozen is.

"In tegenstelling tot processen zoals ontzilting die zeer energie-intensief zijn, water verzameld met behulp van de nieuwe hydrogel vereist minder behandeling voor verschillende toepassingen. Onze uitvinding heeft ook potentieel om aanzienlijk te worden opgeschaald om te functioneren als een drijvende watervangende boerderij. Deze aanpak zou ten goede kunnen komen aan plattelandsgemeenschappen waar toegang tot schoon water een uitdaging blijft. Door creatief nieuwe oplossingen toe te passen, we hopen bij te dragen aan het verminderen van de wereldwijde watercrisis, " zei Asst Prof Tan.

Volgende stappen

Hun onderzoek voortzetten, het NUS-team is momenteel op zoek naar manieren om de prestaties van de hydrogel en het waterwinningsproces te optimaliseren. Ze onderzoeken ook innovatieve methoden om de absorptiecapaciteit van de hydrogel te vergroten. In aanvulling, de NUS-onderzoekers werken graag samen met commerciële partners om dit idee op de markt te brengen.