Дослідники з Інституту неорганічної хімії Кільського університету в Німеччині представили новий пористий матеріал CAU-10-H, здатний отримувати з атмосферного повітря до 1,8–2 літрів води на добу з кожного кілограма композиту. Результати дослідження опубліковано в журналі Journal of Materials Chemistry A. Розробка може стати важливою для регіонів, які дедалі частіше стикаються з дефіцитом прісної води через зміну клімату.
Новий матеріал належить до класу металоорганічних каркасів (MOF) — високопористих сполук, що здатні поглинати молекули водяної пари та вивільняти їх під час нагрівання. Особливістю CAU-10-H є здатність ефективно працювати навіть за відносної вологості повітря від 18%, що вважається надто низьким показником для більшості існуючих систем атмосферного водозбору.
За словами авторів роботи, для отримання накопиченої води матеріал достатньо нагріти приблизно до 70 градусів Цельсія. Така температура дозволяє використовувати сонячну енергію або відпрацьоване промислове тепло замість традиційних електричних нагрівачів, що може значно знизити енергоспоживання майбутніх установок.
Щоб прискорити процес роботи, науковці поєднали CAU-10-H із провідними вуглецевими структурами. Це дозволило скоротити тривалість циклів адсорбції та десорбції до кількох годин і забезпечити майже безперервну роботу системи. За лабораторними вимірюваннями матеріал здатний поглинати до 0,17 грама води на кожен грам сорбенту, що відповідає приблизно 1,8 літра води на добу з одного кілограма композитного матеріалу.
Розробники також зазначають, що новий матеріал може використовуватися не лише для виробництва питної води. У адсорбційних системах охолодження він демонструє ефективність, яка приблизно утричі перевищує показники традиційного силікагелю. Такі системи можуть використовувати тепло, що виділяється центрами обробки даних, промисловими підприємствами або іншими об’єктами, зменшуючи навантаження на електромережу під час кондиціонування приміщень.
Технологія атмосферного добування води активно розвивається в різних країнах. Одним із найвідоміших дослідників цього напряму є американський хімік Омар Ягі, який отримав Нобелівську премію за фундаментальні дослідження металоорганічних каркасів. Заснована ним компанія Atoco працює над створенням промислових установок контейнерного типу, які мають виробляти до 1000 літрів води на добу навіть у пустельних умовах.
Німецькі дослідники підкреслюють, що їхня технологія не конкурує безпосередньо з промисловими рішеннями, а може доповнити існуючі розробки. Водночас порівнювати ефективність різних матеріалів поки складно через відсутність єдиної міжнародної методики випробувань. Частина досліджень оцінює продуктивність у грамах сорбенту, тоді як промислові компанії використовують показники готових установок із вентиляторами, теплообмінниками та іншими компонентами.
За підтримки фонду Кільського університету науковцям уже вдалося виготовити близько 30 кілограмів CAU-10-H — це приблизно у 60 разів більше, ніж обсяг попередніх лабораторних партій. Орієнтовна собівартість матеріалу становить від 12 до 14 доларів за кілограм. Наступним етапом стане масштабне тестування технології в реальних умовах, яке має показати, чи підтвердяться лабораторні результати під час практичного використання.
