Aj vo vyspelom svete viac ako dve miliardy ľudí nemajú zabezpečený bezpečný zdroj vody, čo ohrozuje ich zdravie aj budúcnosť. Vedci preto hľadajú inovatívne riešenia, ako tento problém vyriešiť udržateľným spôsobom. Jedným z riešení môže byť aj nanomateriál, ktorý dokáže extrémne efektívne zachytávať vodnú paru zo vzduchu a premieňať ju na čistú pitnú vodu. Na tému upozornil portál Phys.org.

Za objavom stojí medzinárodný tím vedený vedcami z Austrálskeho výskumného centra pre uhlíkovú vedu a inovácie pri UNSW. Technológia má podľa autorov obrovský potenciál všade tam, kde je vlhkosť, no chýba prístup k bezpečnej pitnej vode, napríklad v oblastiach Afriky, Ázie či Austrálie.

Pojme viac vody než sám váži

Základom nového materiálu je oxid grafénu, známa forma uhlíkovej látky hrubej len jeden atóm, ktorá má schopnosť priťahovať molekuly vody. Vedci sa rozhodli vložiť do štruktúry vápnikové ióny, ktoré taktiež dokážu dobre viazať vodu. Keď sa vápnik spojí s kyslíkom v graféne, vytvára oveľa silnejšie väzby, než by sa dalo očakávať len z vlastností samotného grafénu a vápnika.

Xiaojun (Carlos) Ren/UNSW Sydney

Ukázalo sa, že vznikne unikátna kombinácia, tzv. interkalovaný oxid grafénu s vápnikom, ktorý dokáže absorbovať viac než trojnásobok svojej hmotnosti vo vode, a to výrazne rýchlejšie než súčasné komerčné technológie.

„Zmerali sme množstvo vody, ktoré adsorbuje samotný oxid grafénu a dostali sme hodnotu X. Potom sme zmerali množstvo vody, ktorú adsorbuje samotný vápnik, čo je hodnota Y. No keď sme ich spojili, výsledok bol omnoho vyšší než len súčet X a Y. Je to ako keby 1 + 1 bolo viac než 2,“ uviedol Xiaojun (Carlos) Ren, hlavný autor štúdie z UNSW.

Vedci ešte vylepšili materiál tak, že ho premenili na aerogél, jednu z najľahších pevných látok na svete. Je plný mikropórov, čo poskytuje obrovský povrch pre rýchlu adsorpciu. Navyše má hubovitú štruktúru, vďaka čomu je aj uvoľnenie vody (tzv. desorpcia) veľmi jednoduché. Podľa profesorky Darii Andreeva, spoluautorky štúdie, stačí na uvoľnenie vody mierne ohriatie materiálu približne na 50 stupňov Celzia, čo je energeticky veľmi nenáročné.

Teoretická časť výskumu, ktorá bola uverejnená v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences sa opierala o simulácie vykonané na superpočítači Australian National Computational Infrastructure (NCI) v Canberre. Profesor Amir Karton z University of New England vysvetľuje, že „vďaka týmto modelom sme pochopili zložité molekulárne interakcie, čo nám umožňuje navrhovať ešte účinnejšie systémy pre získavanie vody zo vzduchu“.

„To, čo sme dosiahli, je odhalenie základných vedeckých princípov procesu adsorpcie vlhkosti a úlohy vodíkovej väzby. Toto poznanie môže pomôcť zabezpečiť čistú pitnú vodu pre veľkú časť z 2,2 miliardy ľudí, ktorí k nej nemajú prístup, čím sa ukazuje spoločenský dopad výskumu, ktorý vznikol vďaka spolupráci v rámci nášho centra,“ uviedol riaditeľ COE-CSI a spoluautor štúdie, profesor Liming Dai.

Čítajte viac z kategórie: Ekológia