Zariadenie by tak mohlo byť efektívnym a cenovo dostupným riešením pre oblasti trpiace nedostatkom vody.
Premena vzdušnej vlhkosti na pitnú vodu pomocou hydrogélov je sľubnou metódou, ako získať pitnú vodu v oblastiach trpiacich jej nedostatkom. Ilustračný obrázok. Zdroj: iStock.com/Tanatpon Chaweewat
Rôzne prístupy sa v posledných rokoch snažia absorbovať vlhkosť zo vzduchu a kondenzovať ju na pitnú vodu. Jednu z možností predstavujú materiály, takzvané hydrogély, vyrobené zo solí a z absorpčných polymérov. Slabinou hydrogélov je, že sa príliš rýchlo rozkladajú, takže ich praktické využitie bolo doteraz drahé a neefektívne.
Vedci zo Stanfordovej univerzity a z Massachusettského technologického inštitútu (MIT) teraz objavili spôsob, ako získavať vodu zo vzduchu použitím slnečnej energie a hydrogélu, ktorý vydrží dlhšie, a to osem či viac mesiacov. Materiál tak dokáže získavať vodu za nízke náklady takmer kdekoľvek. Vedci publikovali výsledky v štúdii v časopise Nature Communications. O výskume informuje portál Tech Xplore.
Voda zo vzduchu aj v púšti
Vedci sa snažia nájsť spôsob, ako riešiť nedostatok pitnej vody, ktorý trápi ľudí v mnohých oblastiach sveta. Jedným zo sľubných prístupov je premena vzdušnej vlhkosti na pitnú vodu pomocou hydrogélov, ktoré dokážu zachytiť vodu z okolitého prostredia.
„Mnoho ľudí nemá prístup k pitnej vode alebo musia ročne stráviť stovky hodín jej získavaním,“ vysvetlil Carlos Diaz-Marin, odborník na energetické inžinierstvo zo Stanfordu a spoluautor výskumu publikovaného v časopise Nature Communications.
Novinkou je hydrogél, ktorý pripevnený na kovový povrch s antikoróznou úpravou premieňa pomocou tepla vzdušnú vlhkosť na pitnú vodu.
„Tieto nové hydrogély sú mimoriadne zaujímavé, pretože nám poskytujú spôsob, ako získavať pitnú vodu aj v naozaj extrémnych podmienkach,“ uviedol spoluautor štúdie Chad Wilson, ktorý na vývoji hydrogélov pracoval ako doktorand Massachusettského technologického inštitútu.
Ženy hľadajú vodu vo vyprahnutom koryte rieky na juhu Angoly. Zdroj: UNFPA
Testovanie v jednej z najsuchších oblastí sveta
Vedci testovali zariadenie s približnou veľkosťou 43 x 22 centimetrov už v roku 2025 v čilskej púšti Atacama, ktorá patrí medzi najsuchšie miesta na Zemi. Zariadenie obsahovalo hydrogél vytvorený zo superabsorpčnej soli chloridu lítneho a z polyméru polyakrylamidu, ktorý sa používa napríklad v detských plienkach.
Počas noci, keď je chladnejšie a relatívna vlhkosť vzduchu je vyššia, absorbovala soľ v hydrogéli vlhkosť zo vzduchu a polyakrylamid ju následne udržal vnútri materiálu.
Počas dňa hliníkový plech natretý čiernou farbou absorboval slnečné žiarenie a zohrieval hydrogél, ktorý uvoľnil vodu vo forme pary. Tá sa následne zachytila na chladnejšom povrchu zariadenia, kde skondenzovala na vodu. Hydrogél pritom dokázal zadržať dva- až štyrikrát viac vody, než bola jeho vlastná hmotnosť.
Kľúčový problém: rozklad materiálu
Napriek úspechu sa ukázalo, že hydrogél vydržal len približne 30 cyklov absorpcie a uvoľnenia vody, potom sa začal rozkladať, čo predstavovalo nielen ekonomický problém, ale aj zdravotné riziko.
V laboratórnych experimentoch vedci skúmali, ako sa hydrogél rozkladá. Zistili, že problémy vznikajú pri kontakte gélu s kovovým povrchom, ako napríklad s natretou fóliou počas experimentu v púšti Atacama. Kovové puzdro je kľúčové pre proces zberu vody pomocou slnečnej energie, zároveň však uvoľňuje ióny, ktoré v hydrogéli vytvárajú radikály a napádajú dlhé reťazce polyméru. Gél sa mení na mazľavú hmotu, keď sa kúsky polyméru uvoľňujú do vody.
„Radikály veľmi efektívne rozkladajú polymér,“ uviedol Diaz-Marin. „Pokiaľ vieme, nikto doteraz neuvažoval o trvanlivosti a degradácii týchto materiálov, hoci ide o kritický parameter výroby vody.“
Antikorózna vrstva výrazne predĺžila životnosť
Riešenie priniesla jednoduchá úprava kovového povrchu. Vedci ošetrili kov antikoróznym povlakom, ktorý zabránil uvoľňovaniu škodlivých iónov.
Výsledky boli presvedčivé. Hydrogél zostal stabilný viac než osem mesiacov aj pri teplote 75 °C, ktorá simulovala extrémne podmienky. Zároveň zvládol viac než 190 cyklov získavania vody bez výrazného poškodenia.
Pitná voda za cent za liter?
Táto úroveň odolnosti posúva hydrogél bližšie k praktickému a cenovo dostupnému využitiu pri výrobe pitnej vody. Podľa Carlosa Diaza-Marina by mohli vďaka najnovším vylepšeniam náklady v budúcnosti klesnúť približne na jeden cent za liter. To predstavuje asi jedno percento ceny balenej vody a približne desatinu toho, čo platia americké domácnosti za vodu z verejného vodovodu. Výskumníci preto veria, že technológia by raz mohla konkurovať aj bežným vodovodným systémom.
Veľkou výhodou zariadenia je jeho energetická nezávislosť. Keďže funguje výlučne na slnečnú energiu, nepotrebuje pripojenie k elektrickej sieti a zároveň má výrazne menšiu ekologickú stopu než doprava vody cisternami alebo jej čerpanie na veľké vzdialenosti.
Potenciál pre oblasti trpiace suchom
Technológia zatiaľ nie je pripravená na používanie vo veľkom, vedci sú však optimistickí. Súčasný prototyp dokáže denne vyrobiť približne dva litre vody pomocou tenkej vrstvy hydrogélu rozloženej na paneli veľkom asi ako osuška.
Takéto množstvo zodpovedá minimálnej dennej potrebe vody na základné prežitie človeka v krízových podmienkach. Vedci teraz pracujú na zvýšení výkonu systému s cieľom dosiahnuť produkciu až päť litrov vody denne.
Podľa Carlosa Diaza-Marina by sa mohla technológia v budúcnosti dostať na trh prostredníctvom startupu alebo licencovania. Ak sa podarí vývoj úspešne preniesť do praxe, získavanie pitnej vody priamo zo vzduchu by mohlo pomôcť miliónom ľudí žijúcim v suchých a odľahlých oblastiach sveta.
Zdroj: Tech Xplore
(zh)
