Vocht uit de lucht halen kan nu ook via zonne-energie.
Miljarden mensen hebben het grootste deel van het jaar geen toegang tot schoon water of moeten ver van huis om er te vinden. Als ze water uit de lucht zouden kunnen halen, zou hun leven aanmerkelijk beter worden. Maar dat kan vandaag alleen in klimaten met een hoge luchtvochtigheid, en het kost heel veel elektriciteit. Het is duur en in veel gebieden praktisch onmogelijk. Daar komt nu verandering in, dankzij robuuste systemen die gebruikmaken van een energiebron die er altijd zal zijn: de zon. Ze kunnen opgeschaald worden, en werken zelfs in droge gebieden. Precies daar leeft een derde van de wereldbevolking – vaak in armoede.
Poriën
Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) en de universiteit van Californië (UC Berkeley) hebben een techniek getest waarvoor geen elektriciteitsnet nodig is. Het team wilde afrekenen met het pijnpunt van de meeste materialen die water uit de atmosfeer halen (zoals het zeoliet in luchtbevochtigers). Die hebben een hoge luchtvochtigheid nodig en geven het opgevangen vocht enkel vrij als ze flink verhit worden. Dat vreet energie.
Het systeem dat ze ontworpen hebben, werkt via metaalorganische kaders (MOF’s), een klasse van poreuze kristallen die jaren geleden ontwikkeld is door de scheikundige Omar Yaghi (UC Berkeley). Door de juiste metalen en organische stoffen in zo’n raamwerk te combineren, kunnen wetenschappers de gewenste chemische eigenschappen selecteren voor een specifieke toepassing. Je kan er dus heel veel kanten mee uit. Maar wat MOF’s in dit geval zo interessant maakt, is de grootte van de poriën. De interne oppervlakte van de kaders is bijna 10 keer zo groot als bij poreuze zeolieten. Eén gram van een MOF-kristal ter grootte van een suikerklontje herbergt een oppervlakte van zowat een voetbalveld.
In april hebben Yaghi en werkbouwkundig ingenieur Evelyn Wang (MIT) bekendgemaakt dat ze een prototype hebben ontwikkeld op basis van MOF-801. Dat geraamte van zirkonium met daartussen fumaraat zuigt makkelijk vocht uit de lucht via de grote poriën. Bij een beetje verwarming door zonlicht gaat het water in een opvangbak condenseren. Het toestel kan per dag 2,8 liter water oogsten per kilo MOF.
Dat lukt zelfs bij een relatieve luchtvochtigheid van amper 20 procent, wat typisch is voor woestijngebied. (Volgens Yaghi heeft de mens minstens 355 milliliter drinkwater nodig per dag – de inhoud van een blikje fris, zeg maar.) Er is verder geen energie nodig. De onderzoekers zien nog ruimte voor verbetering. Ze gaan verder experimenteren om de prijs te drukken (zirkonium kost momenteel zo’n 130 euro per kilogram), de wateroogst per eenheid materiaal op te voeren en MOF’s op maat van verschillende microklimaten mogelijk te maken.
Vijf liter per dag
In Arizona gooit ook de start-up Zero Mass Water hoge ogen met zijn systeem op zonne-energie. Het hoeft niet aangesloten te worden op het net of op een watersysteem. Aangedreven door een zonnepaneel zuigt het lucht door een waterabsorberend materiaal en condenseert het vocht. Een kleine lithium-ionbatterij drijft het toestel aan wanneer de zon niet schijnt. Een eenheid met één zonnepaneel is volgens het bedrijf goed voor twee tot vijf liter vloeistof per dag. Die wordt opgeslagen in een tank van 30 liter, waar toegevoegde calcium en magnesium het water gezonder en smakelijker maken.
Cody Friesen van Zero Mass Water is professor materiaalwetenschappen aan Arizona State University. Met het systeem hoopte hij een duurzame en wereldwijd makkelijk bruikbare oplossing te bieden. Een gebruiksklaar systeem met één zonnepaneel kost je in Amerika iets meer dan 3.000 euro. Tien procent daarvan gaat naar de installatiekosten op plekken zonder waterinfrastructuur. Zo drukt een toestel niet alleen de behoefte aan flessenwater in de VS, het helpt tegelijk elders ter wereld een school aan schoon water zodat de kinderen er ‘onderwijs kunnen genieten zonder ziek te worden’, aldus Friesen.
Het afgelopen jaar installeerde Zero Mass Water al systemen in onder meer het zuidwesten van de VS, Mexico, Jordanië en Dubai. Met steun van het Amerikaanse agentschap voor ontwikkelingshulp verscheepte het ook panelen naar Libanon, om de Syrische vluchtelingen van drinkwater te voorzien. Bij zonne-energie denken de meeste mensen aan elektriciteit’, zegt Friesen. ‘In de toekomst zullen ze denken aan water in overvloed.’
