Stelt u zich eens voor: u kunt water uit de lucht halen zonder op een elektriciteitsnet te zijn aangesloten. Klinkt ongelooflijk, vooral als het werkt waar de lucht erg droog is, zoals in woestijnen en steppegebieden van de wereld. Zo'n apparaat is inderdaad ontwikkeld en het mooie is dat het bijna geen mechanische onderdelen of complexe elektronica gebruikt en uitsluitend werkt vanuit direct zonlicht (geen zonnecellen).
Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology gebruikten een structuur die bekend staat als een organische metalen structuur (MOF) om water rechtstreeks uit de lucht op te vangen (bij een luchtvochtigheid van slechts 20%). Dit vochtgehalte wordt vaak aangetroffen in de droogste streken van de wereld. Het prototype was in staat om 2,8 liter water per dag te onttrekken bij een luchtvochtigheid van 20 tot 30%.
MOF-structuur: de gele ballen vertegenwoordigen holtes in de structuur die water verzamelen. Bron: UC Berkeley / Berkeley Lab
MOF's zijn roosterstructuren die zijn samengesteld uit organische verbindingen en metaaldeeltjes en zijn populair sinds hun uitvinding ongeveer 20 jaar geleden. Afhankelijk van de MOF-structuur en uitgangsmaterialen kunnen bepaalde moleculen zeer betrouwbaar in de poriën van deze structuur worden afgezet. Dit kunnen gassen zijn van waterstof tot methaan. Hun opslagdichtheid per volume-eenheid is hoger dan wanneer de gassen werden gecomprimeerd in grote holle tanks. Sinds hun uitvinding aan de University of California, Berkeley, zijn er meer dan 20.000 verschillende MOF-warrants ontwikkeld. De MOF die voor deze watercollector wordt gebruikt, bestaat uit zirkonium en adipinezuur, die waterdamp binden.
Op de eerste foto is de constructie van de watercollector te zien. Binnenin zit ongeveer 1 kg MOF-kristallen geperst tussen de bovenste lichtabsorberende laag en de onderste condensatorplaat. Wanneer omgevingslucht door de poreuze MOF stroomt, hechten watermoleculen zich aan de binnenoppervlakken. Zonlicht dat door een doorschijnend venster aan de bovenkant van het apparaat binnenkomt, verwarmt de MOF en verplaatst het bijbehorende water naar de condensor, die op omgevingstemperatuur is, door de warmtepijp en de radiator onder het apparaat. De stoom condenseert en het water stroomt in de opvangbak. Het principe is zowel eenvoudig als effectief. Als deze eigenschappen stabiel kunnen worden gemaakt, is dit een echte doorbraak in het intelligent gebruik van zonne-energie zonder PV-cellen.
Vertaalauteur Sergey Smyshlyaev