I oktober förra året, ett University of California, Berkeley, laget gick ner till Arizonas öken, ploppade in sin nyaste prototyp av vattenskördare på bakgården till ett trakt hem och började suga vatten ur luften utan någon annan kraft än solljus.

Det framgångsrika fälttestet av deras större, nästa generations skördare bevisade vad teamet hade förutspått tidigare under 2017:att vattenskördaren kan utvinna dricksvatten varje dag/natt-cykel med mycket låg luftfuktighet och till låg kostnad, vilket gör den idealisk för människor som bor i torra, vattensvälta områden i världen.

"Det finns inget som detta, sa Omar Yaghi, som uppfann tekniken bakom skördaren. "Den fungerar vid omgivningstemperatur med omgivande solljus, och utan extra energitillförsel kan du samla vatten i öknen. Denna resa från laboratoriet till öknen gjorde det möjligt för oss att verkligen förvandla vattenskörd från ett intressant fenomen till en vetenskap."

Yaghi, James och Neeltje Tretter ordförande i kemi vid UC Berkeley och en fakultetsforskare vid Lawrence Berkeley National Laboratory, och hans team kommer att rapportera resultaten av det första fälttestet av en vattenuppsamlande skördare i 8 juni-numret av tidskriften Vetenskapens framsteg .

Rättegången i Scottsdale, där den relativa luftfuktigheten sjunker från högst 40 procent på natten till så lågt som 8 procent under dagen, visat att skördaren ska vara lätt att skala upp genom att helt enkelt lägga till mer av vattenabsorbatorn, ett mycket poröst material som kallas ett metallorganiskt ramverk, eller MOF. Forskarna räknar med att med nuvarande MOF (MOF-801), gjord av den dyra metallen zirkonium, de kommer i slutändan att kunna skörda cirka 200 milliliter (cirka 7 ounce) vatten per kilogram (2,2 pund) MOF, eller 3 uns vatten per pund.

Men Yaghi rapporterar också att han har skapat en ny MOF baserad på aluminium, kallas MOF-303, det är minst 150 gånger billigare och fångar dubbelt så mycket vatten i laboratorietester. Detta kommer att möjliggöra en ny generation skördare som producerar mer än 400 ml (3 koppar) vatten per dag från ett kilo MOF, motsvarande en halv 12-ounce läskburk per pund per dag.

"Det har funnits ett enormt intresse för att kommersialisera detta, och det finns flera nystartade företag som redan är engagerade i att utveckla en kommersiell vattenuppsamlingsanordning, "Yaghi sa. "Aluminium MOF gör detta praktiskt för vattenproduktion, för det är billigt."

Yaghi arbetar också med kung Abdul Aziz City för vetenskap och teknik i Riyadh, Saudiarabien, och dess president, Prins Dr Turki Saud Mohammad Al Saud, om tekniken som en del av deras gemensamma forskningscenter för spetsforskning för nanomaterial och ren energi.

Superabsorberande MOF

Yaghi är en pionjär inom metallorganiska ramverk, som är fasta ämnen med så många inre kanaler och hål att en MOF i sockerkubstorlek kan ha en inre yta lika stor som sex fotbollsplaner. Denna yta absorberar lätt gaser eller vätskor men, lika viktigt, släpper dem snabbt när de värms upp. Olika typer av MOF testas redan som ett sätt att packa mer gas i tankarna på vätgasdrivna fordon, absorbera koldioxid från skorstenar och lagra metan.

Många år sedan, Yaghi skapade MOF-801, som absorberar och släpper vatten lätt, och förra året testade han små mängder i en enkel skördare för att se om han kunde fånga vatten från omgivande luft över natten och använda solens värme för att driva ut det igen för användning. Den skördaren, byggd av en samarbetspartner vid MIT med mindre än 2 gram MOF, bevisade att konceptet fungerade:fönstren imma i solen, även om forskarna inte kunde samla in eller noggrant mäta vattnet.

Samma skördare transporterades till öknen tidigare i år och fungerade på liknande sätt, även om återigen bara vattendroppar genererades som ett bevis på konceptet.

För den nya tidningen, UC Berkeley-teamet – doktoranden Eugene Kapustin och postdoktorerna Markus Kalmutzki och Farhad Fathieh – samlade in och mätte vattnet och testade den senaste generationens skördare under varierande luftfuktighetsförhållanden, temperatur och solintensitet.

Skördaren är i huvudsak en låda i en låda. Den inre lådan rymmer en 2 kvadratmeter stor bädd av MOF-korn öppen mot luften för att absorbera fukt. Denna är inkapslad i en tvåfots plastkub med genomskinlig topp och sidor. Toppen lämnades öppen på natten för att släppa in luft och komma i kontakt med MOF, men byttes ut under dagen så att lådan kunde värmas upp som ett växthus för att driva tillbaka vatten ur MOF. Det släppta vattnet kondenserade på insidan av den yttre lådan och föll till botten, där forskarna samlade det med en pipett.

De omfattande fälttesterna lägger fram en ritning som gör det möjligt för ingenjörer att konfigurera skördaren för de olika förhållandena i Arizona, Medelhavet eller någon annanstans, ges en specifik MOF.

"Nyckelutvecklingen här är att den fungerar vid låg luftfuktighet, för det är vad det är i torra områden i världen, " sa Yaghi. Under dessa förhållanden, skördaren samlar upp vatten även vid daggpunkter under noll.

Yaghi väntar med spänning på nästa fälttest, som kommer att testa den aluminiumbaserade MOF och planeras för Death Valley på sensommaren, där temperaturen når 110 grader Fahrenheit på dagtid och förblir på 70-talet på natten, med en nattfuktighet så låg som 25 procent.