Более трети населения Земли живут в засушливых регионах, которые всё чаще испытывают дефицит водных ресурсов. Команда исследователей из Техасского университета в Остине разработала материал, который поможет обеспечить обитателей подобных регионов доступом к безопасной питьевой воде. Созданная ими гелевая плёнка способна извлекать воду прямо из воздуха даже в условиях, типичных для сухого климата.
Разработка базируется на прежних передовых исследованиях команды Техасского университета в Остине. В частности, ранее эти же учёные создали материал, который делает почву самополивающейся за счёт поглощения влаги из атмосферы. Впрочем, данная технология рассчитана на работу в экосистеме с довольно высокой атмосферной влажностью. В свою очередь новая гелевая плёнка SHPF эффективна даже в наиболее засушливых условиях.
По словам профессора материаловедения и механического инжиниринга Гуйхуа Юя, созданная его командой гелевая плёнка имеет несколько преимуществ перед разработками конкурентов. Первым достоинством данного материала является низкая себестоимость. Для его изготовления учёные выбрали два возобновляемых и очень распространённых ингредиента: целлюлозу и глюкоманнан, также известный как конжаковая камедь (популярная биологическая добавка). Именно камедь отвечает за «всасывание» воды из воздуха. Оба компонента смешивают и заливают в форму, где гелевая плёнка затвердевает уже спустя 2 минуты. Затем гель обрабатывают при помощи лиофилизации (заморозки с последующим высушиванием в вакуумной камере) и вынимают из формы. Для извлечения жидкости из плёнки её необходимо немного нагреть: при тепловом воздействии целлюлоза обретает гидрофобные свойства и высвобождает жидкость из геля.
Благодаря широкому распространению ингредиентов и гибкости структуры материал можно изготавливать в любых количествах, придавая ему желаемую форму. По расчётам учёных, конечная стоимость материала составляет около 2 долларов за килограмм. Доступность технологии является одним из решающих факторов для реализации её применения в самых отдалённых районах и в развивающихся странах, где наблюдается высокая потребность в источниках безопасной питьевой воды.
Не менее значимым преимуществом техасской разработки является её эффективность. В ходе тестов за день гелевая плёнка из целлюлозы и конжаковой камеди весом 1 кг произвела 13,3 литра воды из воздуха с относительной влажностью 30%. При понижении влажности до 15% объём извлечённой из воздуха воды составил 5,8 литра на 1 кг материала. По словам исследователей, несложная оптимизация технологии может повысить её производительность. К примеру, результаты будут лучше, если увеличить толщину плёнки или придать ей форму сосуда. Среди других вариантов материалов-сборщиков воды максимальную эффективность показал металлоорганический каркас (MOF), разработанный учёными из Лаборатории прикладной физики при Университете Джонса Хопкинса: 8,66 литра на 1 килограмм материала за день.
Исследование материаловедов из Техасского университета в Остине является частью масштабного проекта Управления перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США по обеспечению питьевой водой военных, которые базируются в регионах с засушливым климатом. Впрочем, Гуйхуа Юй и его коллеги уверены, что в будущем данная технология станет доступной и для применения гражданскими по всему миру.