Naar de content

Onderzoekers vangen drinkbaar water uit lucht

O.M. Yaghi and E.N. Wang via the American Association for the Advancement of Science

Wereldwijd hebben miljoenen mensen een tekort aan schoon drinkwater. Amerikaanse onderzoekers hopen dit watertekort op te lossen door water uit de atmosfeer te halen met een beetje zonlicht en een speciaal materiaal: een Metaal-Organisch Framework (MOF).

20 april 2017

Je kunt ze op veel verschillende manieren maken en gebruiken, maar de basis van Metaal-Organische Frameworks is altijd hetzelfde: een metalen geraamte (framework) waar onderzoekers organische moleculen aan verbinden. Op deze manier ontstaat er een open structuur, ongeveer zoals een spons. Afhankelijk van welke organische moleculen je gebruikt, laat je het MOF een reactie versnellen, gebruik je het als een filter of zorg je dat het bepaalde stoffen detecteert.

Omar Yaghi van de Universiteit van Berkeley en Evelyn Wang van MIT hebben nu een MOF gemaakt dat water uit lucht haalt. Ze gebruikten hiervoor de zogenoemde MOF-801, een geraamte van zirkonium met daartussen fumaraat-moleculen (C4H2O4). “Van deze MOF wisten we al dat het goed water op kon nemen”, legt Wang uit. “Maar of het water ook weer los kon komen was nog onbekend. En dat is natuurlijk wel nodig als je het uiteindelijk wil drinken.”

Warmte maakt water los

Een klein beetje verwarmen bleek genoeg om de watermoleculen weer los te weken van het MOF. Maar het hele geraamte in een keer opwarmen vormde een probleem. “Deze MOF geleidt warmte heel slecht”, vertelt Yaghi. “Dus moesten we iets aan de structuur toevoegen om de warmte beter te verspreiden.” Hiervoor gebruikten de wetenschappers koper, een goed geleidend molecuul. Wang: “We voegden poreuze koperstructuren toe aan het MOF en toen konden we het water gemakkelijk verwijderen.”

Het water-opvangsysteem van Wang en Yaghi.

 O.M. Yaghi and E.N. Wang via the American Association for the Advancement of Science

Tijdens de testen deed de combinatie van koper en MOF het goed. De onderzoekers combineerden een laag van het MOF met een condensor – een apparaat dat waterdamp koelt waardoor het weer druppels vormt. De luchtstroom blaast door de MOF-laag en het water adsorbeert aan het geraamte. Vervolgens warmen de onderzoekers het materiaal op door de zon erop te laten schijnen. Zodra het materiaal zo’n tien graden warmer is, laat het water weer los in de vorm van waterdamp. Deze damp komt in de condensor terecht en de druppels vallen in een opvangbak.

Niet tevreden

Zelfs met een luchtvochtigheid van maar twintig procent weet één kilogram van het materiaal per dag gemiddeld 2,8 liter water per dag uit de lucht te halen. Toch is Yaghi nog niet tevreden: “Het materiaal dat we nu gebruiken kan slechts twintig procent van zijn gewicht aan water absorberen. We willen proberen of we dat percentage hoger krijgen door bijvoorbeeld het organische molecuul aan te passen.” Ook Wang ziet nog ruimte voor verbetering: “We analyseren nu onze materialen en bekijken hoe de luchtstromen lopen. Misschien raken we ergens wel kostbaar water kwijt en dat willen we niet.”

Jorge Gascon, hoogleraar Catalysis Engineering aan de TU Delft, ziet een grote toekomst voor het materiaal: “Het kost weinig energie om het water weer los te maken van de structuur, dat werkt in het voordeel van de onderzoekers. Volgens mij kunnen ze dit snel gaan toepassen in de praktijk.” En dat is precies wat Yaghi en Wang willen: heel veel mensen helpen. “Twee-derde van de mensen op aarde heeft te weinig water”, zegt Wang. “Met onze MOF heb je geen ingewikkelde technologieën nodig om schoon drinkwater te krijgen.”

Bron:
ReactiesReageer