Problem braku wody jest palący i niestety, stale się pogłębia. Tradycyjne metody, takie jak odsalanie wody morskiej, pomagają, ale generują nowe kłopoty, bo są niezwykle energochłonne i niszczą delikatne ekosystemy. Czy istnieje zatem sposób, który pozwoliłby czerpać wodę dosłownie z powietrza, nawet w najsuchszych zakątkach planety? Okazuje się, że tak. Klucz do rozwiązania tej zagadki trzyma w rękach profesor Omar Yaghi z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie chemii. Chociaż wiele podobnych pomysłów kończyło się w przeszłości na etapie prototypu i wielkich obietnic, to tym razem mamy do czynienia z rozwiązaniem nagrodzonym najwyższym naukowym wyróżnieniem.
Sercem innowacyjnego systemu są metaloorganiczne struktury
Cała magia dzieje się dzięki materiałom znanym jako MOF-y, czyli metaloorganicznych strukturach. Są to syntetyczne, niezwykle porowate tworzywa, które działają jak molekularne gąbki o gigantycznej powierzchni chłonnej. Właśnie za ich opracowanie Yaghi otrzymał Nobla. Trudno się temu dziwić, bo kilka gramów takiej substancji może mieć powierzchnię wewnętrzną porównywalną do całego boiska piłkarskiego. Urządzenie zdolne do wydobywania nawet 1000 litrów czystej wody dziennie wykorzystuje właśnie tę właściwość.
Czytaj też: Meble z dwóch części i bez śrub. Niemcy pokazali coś, co może wywrócić rynek do góry nogami
W tym pomyśle MOF-y wychwytują z powietrza cząsteczki pary wodnej, a następnie uwalniają zgromadzoną ciecz pod wpływem stosunkowo niskiej temperatury. Najważniejsze jest to, że cały proces może być zasilany wyłącznie energią słoneczną lub innym niskotemperaturowym źródłem ciepła, co stanowi ogromną przewagę nad konwencjonalnymi generatorami wody z powietrza, wymagającymi dużych ilości prądu.
Dlaczego akurat MOF-y i gdzie czai się problem?
W tym pomyśle kluczowe jest to, że MOF-ach da się stroić rozmiar porów, ich kształt i chemiczną “chropowatość”, a to wszystko tak, by preferowały wodę nawet wtedy, gdy w powietrzu jest jej niewiele. Ta właśnie możliwość projektowania sprawia, że mówimy o platformie technologicznej, a nie o jednym cudownym materiale – w zależności od klimatu, zapylenia czy zasolenia aerozolu można dobierać warianty nastawione na inne warunki pracy.
W praktyce MOF najpierw łapie parę wodną, a potem trzeba ją z niego “ściągnąć” do postaci cieczy. Cała sztuka polega na tym, by desorpcja nie wymagała wysokich temperatur ani wielkiej ilości prądu, bo wtedy wracamy do problemu klasycznych urządzeń. Jeśli jednak system korzysta z niskotemperaturowego ciepła (ze słońca, z prostego kolektora, z odpadu cieplnego agregatu) to nagle okazuje się, że źródłem energii może być to, co i tak w wielu miejscach się marnuje.
Warto też pamiętać, że “woda z powietrza” nie jest automatycznie synonimem “wody idealnej”. Powietrze w terenie bywa nośnikiem pyłów, mikroorganizmów, a w pobliżu źródeł emisji także związków lotnych. Dlatego dojrzałe wdrożenie nie kończy się na materiale sorpcyjnym, bo musi też obejmować filtrację, zabezpieczenia biologiczne, monitoring jakości oraz konserwację, która w warunkach pustynnych i tropikalnych bywa równie ważna jak sama wydajność.
“Generator wody” ma rozmiary standardowego kontenera
Praktyczny wymiar tego wynalazku jest równie imponujący co jego naukowe podstawy. Prototypowa jednostka ma bowiem wymiary standardowego, 20-stopowego kontenera transportowego, czyli około 6 metrów długości. Taka forma czyni ją stosunkowo łatwą do przewiezienia i zainstalowania w miejscach, gdzie jest najbardziej potrzebna. Może to być obszar dotknięty klęską żywiołową, jak Karaiby po przejściu huraganu, lub odległa wioska na pustyni, gdzie studnie od dawna wyschły. W porównaniu z odsalaniem, technologia Yaghiego oferuje czystszą i potencjalnie bardziej zrównoważoną alternatywę, ponieważ nie produkuje słonych odpadów i nie wymaga dostępu do morza.
Czytaj też: Tytan z drukarki 3D. Temu rowerowi niestraszne są żadne góry
Obecnie technologia znajduje się w kluczowej fazie przejścia z laboratorium do skali przemysłowej. Yaghi patrzy w przyszłość z dużą wiarą, snując wizję ery “spersonalizowanej wody”. W jego wyobrażeniu, podobnie jak panele słoneczne na dachach, domowe urządzenia oparte na MOF-ach mogłyby uniezależnić gospodarstwa domowe od centralnych wodociągów, które bywają awaryjne.
Ludzkość dostanie “wodę na wyłączność”?
Bez wątpienia mamy do czynienia z przełomową koncepcją, popartą twardymi dowodami naukowymi i prestiżowym wyróżnieniem. Prawdziwą próbą dla każdej takiej technologii są jednak koszty masowej produkcji materiałów MOF, trwałość urządzeń w ekstremalnych warunkach oraz logistyka dotarcia z pomocą do najbardziej odległych społeczności. Historia technologii pełna jest świetnych pomysłów, które utknęły właśnie na tym konkretnym etapie. Mimo to, po raz pierwszy od dawna pojawia się realna nadzieja na zmianę reguł gry w globalnym dostępie do wody. Jeśli wizja profesora Yaghiego się ziści, za kilka lat pozyskiwanie wody pitnej z powietrza mogłoby stać się tak powszechne i oczywiste, jak dziś korzystanie z energii słonecznej.
