Stekelige hydrogel oogst drinkbaar water

Karlijn Klei

2021-05-21 15:00:17

water

Het met kerstboomachtige stekels bedekte hydrogelmembraan kan dankzij zijn hybride karakter de klok rond zoetwater verzamelen: zowel overdag als ’s nachts.

Vloeibaar water is er op aarde in overvloed. Zo’n driekwart van de – daarom toepasselijk gedoopte – blauwe planeet is bedekt met de waardevolle vloeistof. Maar ondanks al dat blauwe oppervlak is waterschaarste een probleem. Waarom? Simpel: meer dan 97 procent ervan is zoutwater. Slechts een half procent is beschikbaar zoetwater, en (dus) te drinken.

Wetenschappers hebben dan ook verschillende methoden ontwikkeld om zoetwater te verzamelen. Caltech-onderzoekers wisten onlangs twee van deze technieken te combineren. Met het hydrogelmembraan, geïnspireerd op de cactus, zo schrijft het team in vakblad Nature Communications, kan er zowel overdag als ’s nachts zoetwater ‘geoogst’ worden.

Lees ook:

Twee-in-één

En dat is bijzonder. Voor de technieken die de onderzoekers wisten te combineren, zijn normaliter namelijk aparte constructies nodig: één voor elke methode. Het hydrogelmembraan kan dus beide: zoetwater oogsten middels uit mist (Engels: fog collection) en uit door zonlicht verdampt ‘vies’ water.

Die ‘mistverzameling’ gebeurt ’s nachts, wanneer de wolken (lees: mist), zwaar met waterdruppels, laag bij de grond hangen. Speciale constructies kunnen die zoetwaterdruppels uit de lucht pikken en opvangen. De andere, zogenaamde solar-steam generation-methode vindt juist overdag plaats. Hierbij verdampt het zonlicht vies of zoutwater, dat door apparaten opgevangen en gecondenseerd kan worden tot drinkwater.

Hydrogelmembraan met waterminnend ‘microbos’ (schaalbalk = 1 cm). © Shi, Ilic, Atwater, et al., 2021/Nature Communications

Cactusstekels

Ondanks de verschillende onderliggende werking van beide methoden, wisten de Caltech-onderzoekers ze in één systeem te combineren. De hydrofiele hydrogelmembraan is bedekt met een soort piepkleine, kerstboomachtige stekels (zie afbeelding hierboven). Die stekels, die de onderzoekers micro-trees (microboompjes) doopten, keken ze af bij de cactus.

“Cactussen zijn speciaal aangepast om een droog klimaat te overleven”, vertelt coauteur Ye Shi. “Onze waterminnende micro-trees trekken microscopische waterdruppels aan die in de lucht aanwezig zijn.” Dankzij de vorm van de stekels glijden die piepkleine druppels naar de ‘stam’ van de kerstboompjes, waar ze met andere versmelten tot druppels die zwaar genoeg zijn om in een reservoir te glijden.

De tekst gaat verder onder de afbeeldingen.

Close-up van een micro-tree (boven) en de wateroogst (onder). © Shi, Ilic, Atwater, et al., 2021/Nature Communications

Dag én nacht

Overdag absorbeert het membraan hitte van de zon, wat het vieze of zoute water onder het membraan opwarmt. De stoom stijgt op, verzamelt zich op een transparante cover (zie afbeelding hieronder), en wordt vervolgens in een reservoir opgevangen. ’s Nachts klapt die cover weg zodat de micro-trees de waterdruppels uit de mist kunnen pikken.

Met de microboompjes wisten de onderzoekers ’s nachts 35 milliliter water te ‘tappen’ uit mist. Overdag werd er 125 mm zoetwater geoogst. Hoewel dat niet klinkt als bijster veel, belooft dat volgens de onderzoekers op termijn te leiden tot een dagelijkse (lees: 24 uur) ‘drinkwateroogst’ van tot 34 liter per vierkante meter hydrogelmembraan.

Voorgesteld gebruik van het systeem ‘s nachts (b) en overdag (c). © Shi, Ilic, Atwater, et al., 2021/Nature Communications

Bronnen: Nature Communications, Caltech, New Atlas

Beeld: Shi, Ilic, Atwater, et al., 2021/Nature Communications

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK! 



Podcast KIJK en luister via JUKE







Meer Nieuws

KIJK Zomernummer

Haal deze extra dikke editie nu in huis!