Slaný hydrogél by mohol získavať vodu dokonca aj z púštneho vzduchu
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 22. 6. 2023
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Výskumníci z MIT vytvorili superabsorpčný hydrogél so slanou vrstvou, ktorý dokáže ťahať vlhkosť zo vzduchu vo väčšom množstve ako doteraz uvádzané materiály, a to dokonca aj v púštnych podmienkach. Nový materiál tak otvára dvere k vytvoreniu účinnej a udržateľnej metódy na riešenie dôležitého problému s nedostatkom vody.
Voda je kľúčom k prežitiu človeka, k výrobe energie, potravín a zdravých ekosystémov. Klimatické zmeny však zvýšili záťaž súvisiacu s udržiavaním globálnych zásob vody a energie v dôsledku meniacich sa environmentálnych podmienok. Podľa organizácie Unicef takmer dve tretiny svetovej populácie zažívajú aspoň jeden mesiac v roku vážny nedostatok vody.
Pri hľadaní inovatívnych materiálov, ktoré umožňujú získavanie vody, upútali pozornosť výskumníkov hydrogély, ktoré dokážu absorbovať vlhkosť zo vzduchu, takzvané hygroskopické hydrogély. Aby boli tieto hydrogély účinné a použiteľné v rôznych environmentálnych situáciách, musia byť lacné, škálovateľné a udržateľné, a zároveň by mali poskytovať vysoký stupeň absorpcie vodnej pary.
Výskumníci z MIT vyvinuli superabsorpčný hydrogél, ktorý spĺňa všetky tieto požiadavky, a to aj v podmienkach podobných púšti. Kľúčom k absorpčnej schopnosti materiálu bolo pritom naplnenie hydrogélu konkrétnym druhom soli - chloridom lítnym.
Po prečítaní iných štúdií, ktoré používali zmes hydrogélov so soľami, sa výskumníci rozhodli pre chlorid lítny, ktorý je vysoko hygroskopický. Je schopný absorbovať viac ako desaťnásobok svojej hmotnosti vlhkosti. Potrebovali však materiál, ktorý by dokázal zadržať vodu, ktorú soľ nazbierala zo vzduchu. Na to sa použil hydrogél.
„Je to to najlepšie z oboch svetov,“ povedal Gustav Graeber, hlavný autor štúdie. „Hydrogél dokáže uskladniť veľa vody a soľ dokáže zachytiť veľa pary. Je teda intuitívne, že chcete skombinovať tieto dve veci“.
Výskumníci experimentovali tak, že hydrogélové disky vhadzovali do roztokov obsahujúcich rôzne koncentrácie soli chloridu lítneho. Každý deň ich vážili, aby zistili, koľko soli sa do hydrogélu dostalo. Po 30 dňoch namáčania výskumníci zistili, že hydrogél prijal 24 gramov soli na gram gélu. Predchádzajúci výskum dosiahol absorpciu 6 gramov soli, ale hydrogél nebol ponechaný v soľnom roztoku tak dlho.
Hydrogél so slanou náplňou bol testovaný v rôznych vlhkostných podmienkach. Výskumníci zistili, že pri rôznych úrovniach vlhkosti, konkrétne 30 %, 50 % a 70 %, hydrogél absorboval vlhkosť bez toho, aby unikala. Dokonca aj pri relatívnej vlhkosti 30 %, ktorá je nižšia ako vlhkosť v púšti v noci, hydrogély zachytili 1,79 gramu vody na gram materiálu, čo je podľa výskumníkov o 15 % viac ako predtým testované hydrogély. Vodu bolo možné ohrievať, kondenzovať a zhromažďovať ako ultračistú vodu.
„Každá púšť by počas noci mala takúto nízku relatívnu vlhkosť, takže je možné, že tento materiál by mohol vytvárať vodu v púšti,“ povedal Carlos Díaz-Marín, jeden zo spoluautorov štúdie.
Ďalšou výzvou pre výskumníkov je urýchliť proces absorpcie vody.
„Veľkým, nečakaným prekvapením bolo, že s takýmto jednoduchým prístupom sme dokázali dosiahnuť najvyššiu doteraz zaznamenanú absorpciu vodnej pary,“ povedal Graeber. „Teraz sa zameriame najmä na kinetiku a na to, ako rýchlo dokážeme materiál pohltiť vodu. To umožní veľmi rýchly cyklus tohto materiálu, takže namiesto získavania vody raz za deň by sme ju mohli zbierať možno 24-krát za deň“.
Keďže sa dá vyrobiť rýchlo a vo veľkom meradle, okrem toho, že je účinným zberačom vody, výskumníci zvažujú aj ďalšie aplikácie svojho slaného hydrogélu.
„Boli sme aplikačne agnostickí v tom zmysle, že sme sa zamerali hlavne na základné vlastnosti materiálu,“ povedal Díaz-Marín. „Teraz však skúmame široko rozličné problémy, napríklad ako zefektívniť klimatizáciu a ako sa dá zbierať voda. Tento materiál má vďaka svojej nízkej cene a vysokej výkonnosti veľmi veľký potenciál“.
Štúdia bola nedávno uverejnená v magazíne Advanced Materials.
