Ett billigt hydrogelbaserat material fångar effektivt upp fukt även från luft med låg luftfuktighet och släpper sedan ut den vid behov.

En enkel anordning som kan fånga sin egen vikt i vatten från frisk luft och sedan släppa ut det vattnet när det värms upp av solljus kan ge en säker ny källa till dricksvatten i avlägsna torra områden, ny forskning från KAUST tyder på.

Globalt, Jordens luft innehåller nästan 13 biljoner ton vatten, en stor förnybar reservoar av rent dricksvatten. Försök med många material och enheter som utvecklats för att tappa denna vattenkälla har visat att var och en är för ineffektiv, dyrt eller komplicerat för praktiskt bruk. En prototypenhet utvecklad av Peng Wang från Water Desalination and Reuse Center och hans team kunde äntligen ändra på det.

Kärnan i enheten är det billiga, stabil, giftfritt salt, kalciumklorid. Detta utflytande salt har en så hög affinitet för vatten att det kommer att absorbera så mycket ånga från den omgivande luften att det så småningom bildas en pool av vätska, säger Renyuan Li, en Ph.D. elev i Wangs team. "Det flytande saltet kan lösa sig självt genom att absorbera fukt från luften, " han säger.

Kalciumklorid har stor vattenskördspotential, men det faktum att den förvandlas från en fast till en salt vätska efter att ha absorberat vatten har varit ett stort hinder för dess användning som en vattenfångningsanordning, säger Li. "System som använder flytande sorbenter är mycket komplicerade, " säger han. För att övervinna problemet, forskarna införlivade saltet i en polymer som kallas hydrogel, som kan hålla en stor volym vatten samtidigt som den förblir en fast substans. De tillsatte också en liten mängd kolnanorör, 0,42 viktprocent, för att säkerställa att den infångade vattenångan kunde släppas ut. Kolnanorör absorberar mycket effektivt solljus och omvandlar den infångade energin till värme.

Teamet inkorporerade 35 gram av detta material i en enkel prototypenhet. Lämnade utanför över natten, den fångade 37 gram vatten en natt då den relativa luftfuktigheten var runt 60 procent. Följande dag, efter 2,5 timmars naturligt solljus, det mesta av det sorberade vattnet släpptes ut och samlades inuti anordningen.

"Hydrogelens mest anmärkningsvärda aspekter är dess höga prestanda och låga kostnad, " säger Li. Om prototypen skulle skalas upp för att producera 3 liter vatten per dag – minimivattenbehovet för en vuxen – skulle materialkostnaden för den adsorberande hydrogelen vara så låg som en halv cent per dag.

Nästa steg blir att finjustera den absorberande hydrogelen så att den släpper ut skördat vatten kontinuerligt snarare än i omgångar, säger Wang.