Instalasi surya baru yang mampu mengekstraksi air bahkan dari udara gurun yang kering

Pilot plant atap MIT. Kristal MOF terletak di bawah penutup transparan, transparansi yang memungkinkan matahari untuk memanaskannya dan melepaskan akumulasi air. Kapasitor kuning dan merah, ditutupi dengan tetesan air, terletak di bagian bawah unit.

Anda tidak akan dapat memeras air dari batu, tetapi sekarang Anda dapat dari langit gurun, berkat perangkat baru yang menggunakan sinar matahari untuk mengekstraksi uap air dari udara bahkan pada kelembaban yang sangat rendah. Perangkat ini dapat menghasilkan sekitar 3 liter air per hari untuk setiap kilogram penyerap berbentuk spons yang dikandungnya, dan para peneliti mengatakan versi mendatang akan lebih baik. Ini berarti bahwa rumah-rumah di bagian paling kering di dunia mungkin akan segera memiliki alat bertenaga matahari yang dapat menghasilkan semua air yang mereka butuhkan, menguntungkan miliaran orang.

13 triliun liter air larut di atmosfer, setara dengan 10% dari semua air tawar di danau dan sungai di planet kita. Berbagai metode untuk menangkap kelembaban atmosfer, misalnya dari kabut, telah lama dikembangkan, dan semua jenis penurun panas yang intensif energi - kondensor - juga digunakan. Tetapi kedua pendekatan membutuhkan udara yang sangat lembab atau terlalu banyak listrik.


Kristal berpori-MOF pada substrat

Untuk menemukan solusi satu atap, para peneliti yang dipimpin oleh Omar Yaghi, seorang ahli kimia di University of California di Berkeley, beralih ke keluarga serbuk kristal yang disebut metal organic frameworks atau MOFs. Yahi menerima kristal berpori MOF pertama yang membentuk jaringan tiga dimensi terus menerus - lebih dari 20 tahun yang lalu. Jaringan membentuk struktur dengan gaya rakitan-konstruktor anak-anak yang terbuat dari atom logam yang bertindak sebagai hub dan senyawa organik berbentuk batang yang menghubungkan hub bersama. Dengan memilih logam dan organik yang berbeda, ahli kimia dapat mengubah sifat-sifat masing-masing MOF dengan mengendalikan gas yang mengikatnya, serta kekuatan kristal itu sendiri.


Omar Yahi, dengan latar belakang model struktur kristal berpori logam-organik yang mampu mengumpulkan air dari udara atmosfer. Penemuan Yahya berakar pada pertengahan tahun sembilan puluhan abad terakhir.

Selama 2 dekade terakhir, ahli kimia telah mensintesis lebih dari 20.000 MOF, yang masing-masing memiliki sifat penangkapan molekuler yang unik. Sebagai contoh, Yahi dan peneliti lain baru-baru ini mengembangkan MOF, yang menyerap dan kemudian melepaskan metana, menjadi sejenis reservoir gas yang dapat digunakan pada kendaraan yang menggunakan gas alam.

Pada 2014, Yahi dan rekan-rekannya mensintesis MOF, yang menemukan penyerapan air yang sangat baik bahkan dalam kelembaban rendah. Ini membuatnya menghubungi insinyur mesin di Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge, Evelyn Wang, yang sebelumnya bekerja dengannya di sebuah proyek untuk menggunakan MOF dalam pendingin udara otomotif. Setelah mensintesis MOF baru berdasarkan zirkonium, yang disebut MOF-801, Yahi bertemu dengan Wang di MIT dengan proposal: "Evelyn, kita perlu mengembangkan perangkat baru untuk mengumpulkan air." Dan dia memberikan persetujuannya yang tidak berubah-ubah.


Gambar konseptual MOF. Titik-titik merah dan hitam dalam model adalah struktur logam-organik yang disatukan oleh ligamen hitam - blok bangunan yang dihubungkan oleh Omar Yahi untuk mengkristal spons berpori menggunakan formasi kimia retikuler. Bola kuning mewakili pori-pori yang dapat menampung molekul air.

Sistem, yang dibuat oleh Wang dan murid-muridnya, berisi satu kilogram, seukuran setitik debu, kristal MOF yang diletakkan di atas pelat tembaga yang keropos. Pelat ini ditempatkan di antara penyerap matahari dan kondensor kelembaban dan terletak di dalam ruangan. Pada malam hari, ruang terbuka, memungkinkan udara sekitar untuk menembus ke dalam pori-pori MOF, pada gilirannya, molekul air mematuhi struktur internal kristal. Air, dengan demikian, dikumpulkan oleh gugus molekul khusus masing-masing delapan, membentuk tetes kubik. Di pagi hari, ruang tertutup, sinar matahari yang menembus jendela bagian atas perangkat memanaskan pelat MOF, yang melepaskan tetesan air ke arah kondensor pendingin dengan penguapan sederhana.



Perbedaan suhu, serta kelembaban tinggi di dalam ruangan, menyebabkan kondensasi uap air, yang masuk ke kolektor. Instalasi bekerja dengan sangat baik sehingga menarik 2,8 liter air dari udara per hari untuk setiap kilogram MOF yang digunakan, kata tim Berkeley dan MIT kepada Science hari ini.

Berdasarkan bahan dari penerbit online sains populer asing
news.mit.edu newscenter.lbl.gov phys.org