ساخت هیدروژل جدید برای تولید آب در بیابان

محققان به تازگی با ساخت یک هیدروژل فوق جاذب که قادر به برداشت آب در شرایط بیابانی است، گام موثری برای رسیدگی و حل مساله کمبود منابع آب برداشتند.

به گزارش تکناک، آب کلید بقای انسان، انرژی، تولید غذا و اکوسیستم های سالم است. در عین حال، تغییرات آب و هوایی به دلیل تغییر شرایط محیطی، بر بار حفظ منابع آب و انرژی جهانی افزوده است. به گفته یونیسف، تقریباً دو سوم جمعیت جهان حداقل برای یک ماه در سال با کمبود شدید آب مواجه هستند.

در جستجوی مواد نوآورانه ای که امکان برداشت آب را فراهم می کند، هیدروژل هایی که می توانند رطوبت هوا را جذب کنند (هیدروژل های جاذب رطوبت)  توجه محققان را به خود جلب کرده اند. این هیدروژل‌ها برای استفاده موثر در موقعیت‌های مختلف محیطی، باید کم‌هزینه، مقیاس‌پذیر و پایدار باشند و همچنین میزان بالایی از جذب بخار آب را فراهم کنند.

محققان MIT یک هیدروژل فوق جاذب ابداع کرده‌اند که همه خواسته ها را حتی در شرایط بیابانی برآورده میکند. کلید جذب این ماده، بارگیری هیدروژل با نوع خاصی از نمک، لیتیوم کلرید بود.

محققان پس از مطالعه سایر تحقیقاتی که از ترکیبی از هیدروژل ها با نمک ها استفاده شده بود، بر روی لیتیوم کلرید که بسیار مرطوب کننده است، اجماع کردند. این ترکیب این توانایی را دارد که 10 برابر جرم خود رطوبت جذب کند. اما به ماده ای نیاز است که بتواند آب جمع آوری شده از هوا را در خود نگه دارد. اینجاست که هیدروژل وارد می شود.

گوستاو گریبر، نویسنده اصلی این مطالعه گفت: این بهترین ترکیب است. هیدروژل می تواند مقدار زیادی آب را ذخیره کند و نمک می تواند بخار زیادی را جذب کند. بنابراین قابل درک است که بخواهید این دو را با هم ترکیب کنید.

پس از 30 روز خیساندن، محققان دریافتند که هیدروژل 24 گرم نمک در هر گرم ژل می گیرد. تحقیقات قبلی به جذب نمک 0.2 اونس (6 گرم) دست یافته بود، اما هیدروژل به مدت طولانی در محلول نمک باقی نمانده است.

هیدروژل بارگذاری شده با نمک در شرایط مختلف رطوبت مورد آزمایش قرار گرفت. محققان دریافتند که در طیف وسیعی از سطوح رطوبت) 30، 50 و 70درصد  (هیدروژل رطوبت را بدون نشت جذب می کند. به گفته محققان، حتی در رطوبت نسبی 30 درصد، که کمتر از رطوبت میانگین در شب بیابان است، هیدروژل ها 1.79 گرم آب در هر گرم ماده جذب کردند که 15 درصد بیشتر از هیدروژل های آزمایش شده قبلی است. آب را می توان گرم کرد، متراکم کرد و به عنوان آب فوق خالص جمع آوری کرد.

کارلوس دیاز مارین، یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: هر بیابان در طول شب دارای رطوبت نسبی پایینی است، بنابراین می‌توان تصور کرد که این ماده می‌تواند در بیابان آب تولید کند. چالش بعدی محققان سرعت بخشیدن به فرآیند جذب آب است.
گریبر اظهار داشت: یکی از موفقیت‌های بزرگ و غیرمنتظره ما این بود که با استفاده از یک رویکرد ساده، بالاترین میزان جذب بخار را که تا به حال گزارش شده بود، به دست آوردیم. در حال حاضر، تمرکز اصلی بر سرعت و سینتیک جذب مواد است. این به ما امکان می‌دهد تا مواد را با سرعت بسیار بالا به جذب آب برسانیم. به این ترتیب، می‌توانید چرخه گردش این ماده را به شدت افزایش دهید، به طوری که نیاز به بازیابی آب یک بار در روز نباشد و می‌توانید در طول 24 ساعت، آب را بارها و بارها برداشت کنید.

از آنجایی که می توان آن را به سرعت و در مقیاس بزرگ ساخت، هیدروژل نمکی علاوه بر عملکرد برداشت آب موثر، دارای کاربردهای دیگری است که توسط محققان در حال بررسی است.

دیاز مارین توضیح داد: تاکنون به کاربردها به طور ویژه توجه زیادی نداشتیم و تمرکزمان بیشتر بر روی خواص اساسی مواد بوده است. اما در حال حاضر ما در حال بررسی مشکلات متنوعی از جمله بهبود بازدهی سیستم تهویه مطبوع و استخراج آب از آن هستیم. چراکه هزینه کم و کارایی بالا، این ماده پتانسیل بسیاری دارد.