Usine pilote sur le toit du MIT. Les cristaux MOF sont situés sous un couvercle transparent, dont la transparence permet au soleil de les chauffer et de libérer l'eau accumulée. Un condensateur jaune et rouge, recouvert de gouttelettes d'eau, est situé au bas de l'unité.Vous ne pourrez pas extraire l'eau de la pierre, mais vous pouvez maintenant le faire depuis le ciel du désert, grâce à un nouvel appareil qui utilise la lumière du soleil pour extraire la vapeur d'eau de l'air même à une humidité extrêmement faible. L'appareil peut produire environ 3 litres d'eau par jour pour chaque kilogramme de l'absorbeur en forme d'éponge qu'il contient, et les chercheurs affirment que les futures versions seront encore meilleures. Cela signifie que les foyers des régions les plus sèches du monde pourraient bientôt disposer d'un appareil solaire capable de produire toute l'eau dont ils ont besoin, au bénéfice de milliards de personnes.
13 billions de litres d'eau dissous dans l'atmosphère, ce qui équivaut à 10% de toute l'eau douce des lacs et des rivières de notre planète. Diverses méthodes de capture de l'humidité atmosphérique, par exemple du brouillard, ont été développées depuis longtemps et toutes sortes de déshumidificateurs énergivores - condenseurs - sont également utilisés. Mais les deux approches nécessitent de l'air très humide ou trop d'électricité.
Cristaux poreux MOF sur un substratPour trouver une solution unique, les chercheurs dirigés par Omar Yaghi, chimiste à l'Université de Californie à Berkeley, se sont tournés vers une famille de poudres cristallines appelées cadres organiques métalliques ou MOF. Yahi a reçu les premiers cristaux poreux MOF qui forment des réseaux tridimensionnels continus - il y a plus de 20 ans. Les réseaux forment des structures dans le style d'assemblages-constructeurs d'enfants constitués d'atomes métalliques qui agissent comme des moyeux et des composés organiques en forme de tige qui relient les moyeux entre eux. En choisissant différents métaux et organiques, les chimistes peuvent modifier les propriétés de chaque MOF en contrôlant les gaz qui s'y lient, ainsi que la force du cristal lui-même.
Omar Yahi, dans le contexte de modèles de structures cristallines poreuses métal-organique capables de recueillir l'eau de l'air atmosphérique. La découverte de Yahya est enracinée au milieu des années 90 du siècle dernier.Au cours des 2 dernières décennies, les chimistes ont synthétisé plus de 20 000 MOF, dont chacun possède des propriétés de capture moléculaire uniques. Par exemple, Yahi et d'autres chercheurs ont récemment développé des MOF, qui absorbent puis libèrent du méthane, une sorte de réservoirs de gaz pouvant être utilisés dans des véhicules fonctionnant au gaz naturel.
En 2014, Yahi et ses collègues ont synthétisé le MOF, qui a trouvé une excellente absorption d'eau même en cas de faible humidité. Cela l'a amené à contacter l'ingénieur en mécanique du Massachusetts Institute of Technology (MIT) à Cambridge, Evelyn Wang, avec qui il avait précédemment travaillé sur un projet d'utilisation du MOF dans la climatisation automobile. Après avoir synthétisé le nouveau MOF à base de zirconium, appelé MOF-801, Yahi a rencontré Wang au MIT avec la proposition: "Evelyn, nous devons développer un nouveau dispositif pour collecter l'eau." Et elle a donné son consentement invariable.
Image conceptuelle MOF. Les points rouges et noirs du modèle sont des structures métal-organiques maintenues ensemble par des ligaments noirs - les blocs de construction reliés par Omar Yahi à des éponges poreuses cristallines à l'aide d'une formation chimique réticulaire. Les boules jaunes représentent des pores qui peuvent contenir des molécules d'eau.Le système, créé par Wang et ses élèves, contient un kilogramme, de la taille d'un grain de poussière, de cristaux MOF placés sur une mince plaque de cuivre poreuse. Cette plaque est placée entre l'absorbeur solaire et le condenseur d'humidité et se trouve à l'intérieur de la chambre. La nuit, la chambre s'ouvre, permettant à l'air ambiant de pénétrer dans les pores du MOF, à son tour, les molécules d'eau adhèrent aux structures internes du cristal. Ainsi, l'eau est recueillie par des groupes moléculaires particuliers de huit chacun, formant des gouttes cubiques. Le matin, la chambre se ferme, la lumière solaire pénétrant dans la fenêtre supérieure de l'appareil chauffe la plaque MOF, qui libère des gouttelettes d'eau vers le refroidisseur-condenseur par simple évaporation.
La différence de température, ainsi qu'une humidité élevée à l'intérieur de la chambre, conduisent à la condensation de la vapeur dans l'eau, qui pénètre dans le collecteur. L'installation fonctionne si bien qu'elle tire 2,8 litres d'eau de l'air par jour pour chaque kilogramme de MOF utilisé, a déclaré aujourd'hui à Science l'équipe de Berkeley et du MIT.
Basé sur des documents d'éditeurs en ligne étrangers de vulgarisation scientifique
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