Novi materijal učinkovito sakuplja pitku vodu iz zraka

Istraživački tim s Instituta za anorgansku kemiju Sveučilišta u Kielu (CAU) razvija porozne materijale posebno dizajnirane za sakupljanje vode iz zraka i omogućavanje energetski učinkovitog hlađenja. Tim je sada prvi put uspio proizvesti te materijale u većim razmjerima, što označava važan korak prema industrijskoj primjeni.

Istraživači kemije i znanosti o materijalima na Sveučilištu u Kielu surađuju s partnerima na razvoju novih izvora vode za mediteransku regiju. „Regije poput ovih suočavaju se s porastom temperature i smanjenjem količine oborina. Naš je cilj razviti ekološki prihvatljivu tehnologiju koja pretvara molekule vode iz zraka u pitku vodu“, kaže profesor Norbert Stock s Instituta za anorgansku kemiju CAU-a.

Materijali koji pripadaju klasi metal-organskih okvira (MOF) ponašaju se poput spužve: mogu apsorbirati velike količine vode u kratkom vremenu i jednako brzo je ponovno otpustiti. To je omogućeno njihovom izuzetno poroznom strukturom koja sadrži bezbroj međusobno povezanih mikroskopskih šupljina. Temeljno istraživanje na kojem se temelje ovi materijali nagrađeno je Nobelovom nagradom za kemiju 2025. godine.

U Kielu, tim optimizira sintezu MOF-a "CAU-10-H" posebno za adsorpciju vode i transformaciju topline. Materijal je nazvan po mjestu otkrića na Sveučilištu u Kielu, njegovom broju materijala i kemijskom simbolu za vodik.

CAU-10-H hvata molekule vode unutar svoje porozne strukture na sobnoj temperaturi i relativnim vlažnostima ≥18% i ponovno ih oslobađa na oko 70 °C. Kombiniranjem materijala s vodljivim ugljičnim strukturama, istraživači mogu dodatno ubrzati ovaj proces. Rezultirajući kompozitni materijal može se učinkovito zagrijati pomoću električne energije ili sunčeve svjetlosti. Kao rezultat toga, adsorbirana voda se oslobađa posebno brzo i radi u kratkim, ponovljivim ciklusima.

U suhim uvjetima, sustav kontinuirano proizvodi pitku vodu iz zraka i postiže unos vode do 0,17 grama vode po gramu materijala. Ciklusi traju samo nekoliko sati, što omogućuje učinkovit i kontinuiran rad. U tim uvjetima, jedan kilogram kompozitnog materijala potencijalno može proizvesti do 1,8 litara vode iz zraka dnevno.

Istovremeno, CAU-10-H pokazuje i znatan potencijal za primjenu u hlađenju. U adsorpcijskim rashladnim sustavima pruža do tri puta veće rashladne performanse od silikagela, široko korištenog desikanta na bazi silicijevog dioksida. U budućnosti bi takvi sustavi mogli koristiti otpadnu toplinu, na primjer iz podatkovnih centara ili pekara. To značajno smanjuje potrošnju energije klimatizacijskih sustava u usporedbi s ustaljenom tehnologijom i čini hlađenje održivijim.