توسعه یک سیستم جدید برای تولید آب آشامیدنی از هوای رقیق!

محققان دانشگاه تگزاس در آستین یک هیدروژل زیست تخریب‌پذیر و مبتنی بر زیست توده (بیوماس) تولید کرده‌اند که به‌طور مؤثری آب آشامیدنی را از هوا استخراج می‌کند و یک راه حل مقیاس‌پذیر و پایدار برای دسترسی به آب در جوامع خارج از شبکه، امدادرسانی در شرایط اضطراری و کشاورزی ارائه می‌دهد.

ضایعات غذایی دور ریخته شده، شاخه‌های پراکنده، صدف‌های دریایی و سایر مواد طبیعی، به عنوان مواد اولیه کلیدی در یک سیستم جدید که توسط محققان دانشگاه تگزاس در آستین توسعه یافته، عمل می‌کنند. این سیستم می‌تواند آب آشامیدنی را از هوای رقیق استخراج کند.

این سیستم نوآورانه، با نام “هیدروژل‌های زیست توده با عملکرد مولکولی”، طیف گسترده‌ای از محصولات طبیعی را به جاذب‌ها (موادی که مایعات را جذب می‌کنند) تبدیل می‌کند. محققان با ترکیب این جاذب‌ها با حرارت ملایم، می‌توانند گالن‌ها آب آشامیدنی را از جو استخراج کنند، حتی در شرایط خشک!

گی‌هوآ یو، استاد علم مواد و مهندسی مکانیک و موسسه مواد تگزاس در دانشگاه تگزاس در آستین، می‌گوید:

با این پیشرفت، ما یک استراتژی مهندسی مولکولی جهانی ایجاد کرده‌ایم که به مواد طبیعی متنوع اجازه می‌دهد به جاذب‌های با کارایی بالا تبدیل شوند. این امر، روشی کاملاً جدید برای تفکر در مورد جمع‌آوری پایدار آب را باز می‌کند و گامی بزرگ به سوی سیستم‌های عملی برداشت آب برای خانوارها و مقیاس جوامع کوچک محسوب می‌شود.

در آزمایش‌های میدانی، محققان روزانه 14.19 لیتر (3.75 گالن) آب تمیز در هر کیلوگرم جاذب تولید کردند. بیشتر جاذب‌ها می‌توانند بین 1 تا 5 لیتر در هر کیلوگرم در روز تولید کنند.

تبدیل زیست توده به جاذب‌های با کارایی بالا

به گفته محققان، این سیستم روش جدیدی برای طراحی جاذب‌ها ارائه می‌دهد. به جای روش سنتی “انتخاب و ترکیب” که مستلزم انتخاب مواد خاص برای عملکردهای خاص است، این استراتژی مولکولی عمومی، تبدیل تقریباً هر زیست توده‌ای را به یک برداشت‌کننده آب کارآمد امکان‌پذیر می‌کند.

برخلاف جاذب‌های مصنوعی موجود که از مواد پتروشیمی استفاده می‌کنند و عموماً به ورودی‌های انرژی بالا نیاز دارند، هیدروژل مبتنی بر زیست توده تیم دانشگاه تگزاس در آستین، زیست تخریب‌پذیر و مقیاس‌پذیر است و برای آزاد کردن آب به حداقل انرژی نیاز دارد. راز این امر در یک فرآیند مهندسی مولکولی دو مرحله‌ای نهفته است که خواص رطوبت‌گیری و رفتار پاسخ‌دهنده به حرارت را به هر پلی‌ساکارید مبتنی بر زیست توده، مانند سلولز، نشاسته یا کیتوزان، منتقل می‌کند.

وی‌شین گوان، دانشجوی ارشد دکترا و محقق اصلی این مطالعه، می‌گوید:

در نهایت، دسترسی به آب تمیز باید ساده، پایدار و مقیاس‌پذیر باشد. این ماده به ما راهی می‌دهد تا از فراوان‌ترین منابع طبیعت بهره ببریم و از هوا آب تولید کنیم – در هر زمان و هر مکان.

این نوآوری جدید، بخشی از تلاش‌های چند ساله یو برای توسعه راه حل‌هایی برای افرادی است که به آب آشامیدنی تمیز دسترسی ندارند. او در طول دوران حرفه‌ای خود، هیدروژل‌های تولیدکننده آب را توسعه داده و آنها را برای خشک‌ترین شرایط سازگار کرده است. او اخیراً یک سیستم فیلتراسیون آب تزریقی ایجاد کرده و فناوری هیدروژل خود را در کشاورزی به کار برده است.

این تیم تحقیقاتی اکنون در حال کار بر روی مقیاس‌بندی تولید و طراحی سیستم‌های دستگاهی واقعی برای تجاری‌سازی، از جمله برداشت‌کننده‌های آب قابل حمل، سیستم‌های آبیاری خودکفا و دستگاه‌های آب آشامیدنی اضطراری است. از ابتدا، محققان بر مقیاس‌پذیری و توانایی تبدیل این تحقیق به راه حل‌هایی که می‌تواند به مردم در سراسر جهان کمک کند، تمرکز کرده‌اند.

یاکسوان ژائو، محقق در آزمایشگاه یو، می‌گوید:

بزرگ‌ترین چالش در برداشت پایدار آب، توسعه راه حلی است که به‌طور کارآمد مقیاس‌پذیر باشد و در خارج از آزمایشگاه عملی باقی بماند. از آنجایی‌که این هیدروژل را می‌توان از زیست توده در دسترس به طور گسترده‌ای تولید کرد و با حداقل ورودی انرژی کار می‌کند، پتانسیل قوی برای تولید و استقرار در مقیاس بزرگ در جوامع خارج از شبکه، تلاش‌های امدادرسانی اضطراری و سیستم‌های آب غیرمتمرکز دارد.

این تحقیقات جدید در مجله Advanced Materials منتشر شده است.

منبع: Scitechdaily