近年、カリフォルニアの水危機からケープタウンの深刻な水不足に至るまで、干ばつが世界中で注目を集めており、研究により、気候変動により地球の25％が最終的に恒久的な干ばつにさらされる可能性が示唆されています。 しかし、単に空気から水を引くことができたらどうでしょうか？
それがカリフォルニア大学バークレー校の研究者によって開発された新しい技術の前提です。 極端に乾燥した気候でも、周囲の太陽光以外のエネルギーを使用せずに、空気から水を抽出できるウォーターハーベスターです。
集水装置の鍵は、有機金属フレームワーク（MOF）と呼ばれる新しいクラスの材料です。 これらのMOFは、表面積は非常に大きいが、多孔質の材料です。角砂糖のサイズのMOFは、多くのサッカー場と同じ大きさの内部表面積を持つことができます。 これは、ガスや液体を吸収し、熱が加えられるとすぐに放出できることを意味します。
「ここで示した特定のMOFには、大気から水蒸気を吸い込む並外れた能力がありますが、同時に、気孔内の水分子をあまりにもきつく保持しないでください。 」と、研究を率いたバークレーの化学教授であるOmar Yaghi氏は言います。
研究者たちは、夜は湿度が40パーセント、日中は湿度が8パーセントの砂漠の町、アリゾナ州スコッツデールで収穫機をテストしました。 研究者は、ジロニウムベースのMOFを使用した試験に基づいて、収穫機が最終的に1日あたり1ポンドのMOFあたり約3オンスの水を抽出できると考えています。
収穫機自体は箱の中の箱です。 内側のボックスには、MOFのベッドが含まれています。 外箱は2フィートの透明なプラスチックキューブです。 夜、研究者は外箱の上部を外して、空気がMOFを通過できるようにしました。 日中、彼らはトップを元に戻して、箱が太陽によって加熱されるようにしました。 熱は水をMOFから引き出し、そこで水がプラスチックキューブの内壁に凝縮してから、底に滴り、そこで収集されます。
「この技術の最も重要な側面は、完全にエネルギー受動的であることです」と、研究に携わったバークレーの大学院生であるユージン・カプスティンは言います。
つまり、太陽以外にエネルギーを必要とせず、環境にやさしく、電力が限られている場所の人々が利用できるようにします。 トライアルの結果は、 Science Advances誌に今月初めに発表されました。
チームは、現在のモデルでさらに試行を行って、デバイスのサイズやデバイス内のMOFの位置など、どの要素がどの程度の水を収穫できるかに影響を与えるかを把握する必要があります。 彼らはまた、特定の気候条件がどのように水量に影響するかについてもっと学びたいと思っています。 次の試験は、夏の終わりにデスバレーで計画されており、夜間の湿度は25パーセントにもなります。
MOFの結晶の顕微鏡画像（UCバークレー） Yaghiは、アルミニウムをベースにした新しいMOFも開発しました。彼は、150倍安く、現在のMOFの2倍の水を捕捉できると述べています。 彼と彼のチームは、高速で空気をMOFに積極的に引き込むことで、より大量の水を供給する新しい水収穫機を設計しています。
チームは現在、産業と連携して、産業規模で収穫機をテストしています。 彼らはまた、より新しく、より良く、より安価なMOFを探し続けています。
「この点で、世界中のますます多くの研究者が私たちの努力に参加しているのを見ることができてとても嬉しいです」とヤギは言います。
カリフォルニア大学ロサンゼルス校の工学教授であり、ジャーナルnpj Clean Waterの編集者であるEric Hoekは、大気から水を吸い出すという考えは新しいものではありません。 エアコンを運転すると、水が滴り落ちることは長い間注目されてきました。これは、機械が空気を露点まで冷却しているためです。空気は水蒸気で飽和し、結露が発生します。
しかし、冷却技術に基づいた集水装置の作成は、非常にエネルギー集約的です。 非常に乾燥した気候では、露点はゼロ以下です。 大規模でその温度まで空気を冷却することは実行不可能です。
「（ヤギの研究の）真の革新は材料の革新です」とHoekは言います。 「これらの材料[MOF]は水を引き出し、より簡単にそれを放棄します。」
しかし、収穫機の1平方インチあたりの水の生産量は比較的少ないため、このコンセプトは規模を拡大するのが難しく、したがって大型の収穫機は膨大な土地を占有する可能性があります。
「しかし、家庭や村の規模にとっては、グリッドの外にいる人が新鮮な水を得るための非常に興味深い方法かもしれません」とHoekは言います。
Yaghiはまさにそれを想像しています。淡水に簡単にアクセスできない誰もが自分の庭に収穫機を持っている未来。
「私のビジョンは、水ストレスの多い地域の人々が家庭で周囲のソーラーで走るデバイスを持ち、個人の基本的なニーズを満たす水を届ける「パーソナライズされた水」を達成することです」と彼は言います。 「世界の人口の3分の1以上が水ストレス地域に住んでいるか、きれいな水の不足に苦しんでいます。 人々の生活を変え、世界の公衆衛生状態を改善する上で、この技術の潜在的な影響は途方もないものです。」
