rodospress.com

Πρωτοποριακή μελέτη αποκαλύπτει καινοτόμες μεθόδους για τη συγκομιδή νερού από την ατμόσφαιρα.

Σε μια πρωτοποριακή μελέτη η οποία θα μπορούσε να επαναπροσδιορίσει την κατεστημένη επιστημονική προσέγγισή για την επίλυση των φαινομένων λειψυδρίας σε παγκόσμιο επίπεδο, οι ερευνητές Liu et al., (2022) ανέλυσαν σχολαστικά τις διαθέσιμες λύσεις στον τομέα της ατμοσφαιρικής συλλογής νερού (AWH) και των υπεραπορροφητικών πηκτωμάτων υγρασίας (SMAG). Η μελέτη διερευνά καινοτόμες στρατηγικές στον τομέα της ανάκτησης νερού, όπως είναι τα συστήματα υποβοηθούμενης απορρόφησης, οι τεχνικές παθητικής εκρόφησης νερού και οι βιομιμητικές εναλλακτικές λύσεις, οι οποίες έχουν συντεθεί από ερευνητές αντλώντας έμπνευση από τη φύση.

Το μέλλον στις εφαρμογές ανάκτησης νερού
Ένα από τα πλέον συναρπαστικά ευρήματα της μελέτης είναι η αποτελεσματικότητα των συστημάτων AWH τα οποία λειτουργούν με τη βοήθεια ροφητών. Τα συστήματα αυτά χρησιμοποιούν εξειδικευμένα υλικά όπως τα μεταλλικά-οργανικά πλαίσια (MOFs) εξασφαλίζοντας τη δέσμευση υδρατμών από την ατμόσφαιρα. Οι ερευνητές προχώρησαν ένα βήμα παραπέρα ενσωματώνοντας ένα στοιχείο παθητικής ψύξης σε ένα βελτιστοποιημένο σύστημα MOF. Αυτή η καινοτομία ενισχύει σημαντικά τη προσρόφηση ατμών κατά τη διάρκεια της νύκτας. Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια μικτή μήτρα πολυμερούς-MOF σχεδιασμένη ως μια ανεστραμμένη κωνική διάταξη. Η κατάλληλα σχεδιασμένη δομή αυτή επιτρέπει την αυτόνομη παθητική συλλογή νερού, με την αποκλειστική συμβολή της βαρύτητας. Το σύστημα επιτυγχάνει τη συνεχή δέσμευση και την απελευθέρωση νερού, γεγονός που το χαρακτηρίζει ως μια πολλά υποσχόμενη μέθοδο η οποία λειτουργεί ως βάση για την ανάπτυξη ή ακόμη και τη βελτίωση μελλοντικών τεχνολογιών ΑWH.

Η επικάλυψη της μήτρας με χρώμα τύπου Pyromark το οποίο προσφέρει στο στοιχείο τη δυνατότητα επίτευξης παθητικής ψύξης, προσφέρει στο σύστημα MOF τη δυνατότητα να μπορεί να συλλέξει νερό ακόμα και σε συνθήκες ξηρασίας. Οι συγκεκριμένες σχεδιαστικές περγαμηνές προσφέρουν στο σύστημα τη μοναδική δυνατότητα να επιτυγχάνει έναν συνεχή ρυθμό παθητικής συλλογής νερού 4,16 L ανά κιλό απορροφούμενου αέρα την ημέρα σε συνθήκες 90% σχετικής υγρασίας (RH), εξαλείφοντας ουσιαστικά την ανάγκη για άντληση εξωτερικής ενέργειας.

Εικόνα 1 Σύστημα ατμοσφαιρικής συγκομιδής νερού, (Πηγή: Liu, X., Beysens, D., & Bourouina, T. (2022). Water Harvesting from Air: Current Passive Approaches and Outlook. ACS Materials Letters, 4(5), 1003–1024. https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.1c00850)
Λύσεις εμπνευσμένες από τη φύση: Μαθαίνοντας από τα φυτά
Αντλώντας έμπνευση από τον φυσικό κόσμο, οι ερευνητές διερεύνησαν επίσης τη χρήση υδρογέλης με ειδική συστατική σύνθεση ως υπόστρωμα με σκοπό την ανάκτηση νερού μέσω οσμωτικής μηχανικής πίεσης, προσομοιώνοντας μια διαδικασία συλλογής νερού, η οποία αναπαράγει τον αντίστοιχο μηχανισμό απορρόφησης υγρού στοιχείου από τις ρίζες των φυτών. Η μελέτη διαπίστωσε ότι το έδαφος που έχει τροποποιηθεί από υπεραπορροφητικά πηκτώματα υγρασίας (SMAG) παρουσιάζει δυνατότητες πρόσληψης νερού έως και 1,1 λίτρο ανά κιλό ροφητή στους 20°C και 90% RH, ποσοστό σχεδόν δύο τάξεις μεγέθους υψηλότερο από ότι το αμμώδες έδαφος.

Λειψυδρία: Η πρόκληση που παρακινεί τις εξελίξεις στην ανάκτηση υδάτινων πόρων
Η λειψυδρία αποτελεί ένα φαινόμενο το οποίο απειλεί τα οικοσυστήματα της γης, με την επιτακτικότητα εξεύρεσης εφικτών λύσεων αντιμετώπισης του φαινομένου να μονοπωλεί το ερευνητικό ενδιαφέρον σε πολλούς κλάδους επιστημών και τεχνολογικών εφαρμογών. Οι λύσεις των μεταλλικών-οργανικών πλαισίων (MOFs) και των υπεραπορροφητικών πηκτωμάτων υγρασίας (SMAG) οι οποίες παρουσιάζουν αυξημένο βαθμό εφικτότητας μαζικής εφαρμογής και οι οποίες εδράζονται εξολοκλήρου σε σύγχρονες μεθόδους που μπορούν απρόσκοπτα να εφαρμοστούν πρακτικά και αποτελεσματικά, προσφέρουν άμεσες λύσεις στις σύγχρονες ανάγκες τις οποίες επιτάσσουν οι ανακύπτουσες απαιτήσεις που επιβάλλει στο περιβάλλον η κλιματική αλλαγή. Η πρόοδος στον τομέα της έρευνας σχετικά με την ανάκτηση νερού ανοίγει νέους ορίζοντες για την καταπολέμηση της παγκόσμιας λειψυδρίας με αποτελεσματικά, βιώσιμα και ενεργειακά ουδέτερα μέσα.

Πηγή: Liu, X., Beysens, D., & Bourouina, T. (2022). Water Harvesting from Air: Current Passive Approaches and Outlook. ACS Materials Letters, 4(5), 1003–1024. https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.1c00850

Δρ. Χρήστος Χ. Γαμβρούδης

PhD Μηχανικών Περιβάλλοντος