Až 2,2 miliardy lidí na naší planetě nemá dostatek nezávadné pitné vody. Podle vědců však může existovat řešení: získávání vody ze vzduchu.
I když to zní utopicky, ve skutečnosti je na naší planetě v atmosféře zavěšeno asi 13 milionů gigalitrů (jednička následovaná devíti nulami) vody. To sice představuje jen zlomek celkového množství vody na Zemi, ale i tak jde o významný zdroj sladké vody. A to natolik, že pro 2,2 miliardy lidí, kteří nemají přístup k vodě, je zapotřebí téměř 6 milionů litrů vody.
Studie, kterou vedl Xiaojun Ren, popisuje nanomateriál lehký jako pírko, který je schopen získávat čerstvou vodu ze vzduchu, respektive z vodní páry přítomné ve vzduchu. Renův tým tvrdí, že tento materiál, aerogel z grafenu a oxidu vápenatého ,dokáže zadržet více než trojnásobek své váhy ve vodě, a to mnohem rychleji než stávající komerční technologie. Tyto vlastnosti umožňují jeho přímé využití pro výrobu pitné vody ze vzduchu.
Studie je součástí mezinárodní spolupráce vedené Centrem excelence pro vědu a inovace v oblasti uhlíku Australské výzkumné rady, Univerzitou Nového Jižního Walesu, odborníkem Rakeshem Joshim a nositelem Nobelovy ceny sirem Kosťou Novoselovem.
Naše technologie najde uplatnění v každém regionu, kde máme dostatek vláhy, ale omezený přístup nebo omezenou dostupnost čisté pitné vody,“ vysvětlil Joshi ve svém prohlášení. Jedná se o vynikající příklad toho, jak globální mezioborová spolupráce může vést k praktickému řešení jednoho z nejpalčivějších světových problémů: přístupu k čisté pitné vodě.
Nanomateriál je založen na dobře prozkoumaném oxidu grafenu, který se skládá z uhlíkové mřížky o tloušťce jednoho atomu. Oxid grafenu má dobré adsorpční vlastnosti, které umožňují vodě přilnout k povrchu materiálu. Vápník má také dobré adsorpční vlastnosti pro vodu. Renův tým se rozhodl zjistit, co se stane, když se tyto dvě látky zkombinují.
Důležitou vlastností materiálů, které účinně adsorbují vodu, jsou silné vodíkové vazby mezi vodou a materiálem, na který se adsorbuje, což je vlastnost, kterou má jak oxid grafenu, tak vápník. Čím silnější je vodíková vazba, tím větší je schopnost materiálu adsorbovat vodu. Tento účinek se však zvyšuje, pokud je vápník interkalován s kyslíkem v oxidu grafenu.
„Měříme množství vody adsorbované na oxidu grafenu a měříme X. Měříme množství vody adsorbované na oxidu grafenu. Změřili jsme množství vody adsorbované na samotném vápníku a dostali jsme Y. Když jsme měřili množství vody adsorbované na oxidu grafenu interkalovaném s vápníkem, dostali jsme mnohem více než X+Y. Nebo jako by 1+1 bylo číslo větší než 2,“ dodává Ren. Tato silnější než očekávaná vodíková vazba je jedním z důvodů mimořádné schopnosti materiálu adsorbovat vodu.
Aerogel navržený s tímto systémem je navíc jedním z nejlehčích materiálů, které kdy člověk vytvořil.
„Jediné množství energie, které tento systém vyžaduje, je malé množství potřebné k zahřátí na teplotu přibližně 50 stupňů a uvolnění vody z aerogelu,“ vysvětluje Daria Andreeva, spoluautorka studie.
Simulace na superpočítačovém modelu vysvětlily složité synergické interakce na molekulární úrovni a podle autorů umožní navrhnout ještě lepší systémy pro výrobu vody v atmosféře, které nabídnou udržitelné řešení rostoucího problému dostupnosti sladké vody v oblastech světa, kde je voda nedostatkem.
Kromě schopnosti získávat vodu je aerogel z oxidu grafenu vápenatého pozoruhodně odolný a recyklovatelný. Podle výzkumníků lze materiál opakovaně použít, aniž by ztratil účinnost, což z něj činí ekologicky šetrnou a nákladově efektivní možnost pro získávání vody.
Vývoj tohoto nanomateriálu by mohl mít také významný význam pro zemědělství, zejména v suchých oblastech, kde je zavlažování stálým problémem. Tím, že poskytuje spolehlivý a udržitelný zdroj vody, by mohl změnit způsob pěstování potravin v oblastech s nedostatkem vody.
Kombinace vápníku a grafenu v tomto inovativním aerogelu nabízí nejen potenciální řešení problému přístupu k pitné vodě, ale také otevírá nové možnosti efektivního využívání vodních zdrojů v různých průmyslových odvětvích. S pokračujícím pokrokem ve výzkumu bychom se mohli přiblížit budoucnosti, kdy bude čistá a dostupná voda realitou pro všechny.