Ученые научились извлекать 14 литров питьевой воды из 1 кг пищевых отходов

Ученые из Техасского университета в Остине разработали новый метод, позволяющий извлекать почти четыре галлона чистой питьевой воды из воздуха, используя всего один килограмм обычной биомассы, включая пищевые отходы и ракушки. Исследование опубликовано в научном журнале Advanced Materials (AdvMat).

Новое решение называется «молекулярно функционализированные биомассовые гидрогели». Оно позволяет преобразовывать природные материалы в сорбенты, поглощающие влагу из воздуха. При умеренном нагреве сорбенты выделяют чистую воду. Благодаря такой технологии процесс становится энергоэффективным и сравнительно недорогим.

Вэйсинь Гуань, главный исследователь проекта, отметил: «Этот материал позволяет использовать самые богатые природные ресурсы и получать воду из воздуха в любое время и в любом месте».

«Благодаря такому прорыву мы разработали универсальную стратегию молекулярной инженерии, которая позволяет преобразовывать различные природные материалы в высокоэффективные сорбенты», — добавил Гуйхуа Ю, профессор Техасского института материалов при Университете Техаса в Остине.

Разработанный инновационный метод модификации природных полисахаридов на молекулярном уровне значительно увеличил их способность поглощать влагу из воздуха и легко отдавать ее при нагревании. Этот двухэтапный процесс включает присоединение термочувствительных и цвиттерионных групп к материалам, что делает их более отзывчивыми к изменениям температуры и улучшает их сорбционные свойства.

В результате молекулярной модификации гидрогели способны поглощать влагу из воздуха при температуре окружающей среды. Особенностью нового подхода является то, что накопленная вода может быть высвобождена при сравнительно низком температурном нагреве, например, до 60°C. Этот температурный порог особенно важен, так как его можно достичь с использованием экологически чистых источников энергии, таких как солнечная энергия или отработанное тепло, полученное в процессе производственной деятельности.

Таким образом, новая система выделяется на фоне традиционных методов сбора воды, которые часто требуют энергетически затратного процесса охлаждения или применения материалов на основе нефтепродуктов.

Полевые тесты показали, что один килограмм гидрогелевого материала может собирать до 14,19 л воды в сутки. Этот показатель значительно превосходит результаты большинства существующих технологий, которые обычно дают от 1 до 5 л воды на кг в день.

Помимо этого, исследователи успешно продемонстрировали, что материал эффективно работает с такими веществами, как целлюлоза, крахмал и хитозан. Это открывает путь к использованию различных видов биомассы для производства чистой воды.

«В отличие от традиционного метода, который требует тщательного подбора материалов для конкретных целей, наша универсальная молекулярная стратегия позволяет эффективно преобразовывать практически любую биомассу в источник воды», — отметили ученые.

В сравнении со многими современными технологиями, которые требуют высокой влажности для сбора воды, этот новый подход способен обеспечивать значительное количество воды даже в засушливых регионах.

«Благодаря новым горизонтам для рационального сбора воды открывается совершенно новый взгляд на создание практичных систем для домохозяйств и малых сообществ», — добавляет Ю.

Исследовательская команда также подчеркнула экологическую составляющую своего метода. Гидрогели, основанные на биомассе, являются биоразлагаемыми и могут быть созданы из доступных материалов, которые иначе могли бы быть выброшены.

«В настоящее время мы сосредоточены на увеличении объемов производства и разработке реальных устройств для коммерческого использования, включая портативные водосборники, автономные ирригационные системы и системы для аварийного водоснабжения», — отмечают ученые.

Ранее исследователи разработали новаторский метод производства этилбензола — важнейшей добавки для производства экологически чистого авиационного топлива — из отходов полистирола. Это решение может значительно сократить углеродный след авиационной отрасли и ее зависимость от ископаемого топлива.