Här är ett sätt att skörda vatten direkt ur luften

Vatten är något vi inte kan vara utan. Människor behöver det för att odla grödor och för en mängd industriella processer. Men vi behöver det speciellt att dricka. Kroppen kan inte överleva mer än tre dagar eller så utan att dricka vatten. Nu har forskare utvecklat material som kan dra vatten direkt ur tomma luften. Det kan bara släcka törsten hos dem som bor i avlägsna eller torra områden.

De nya materialen tillhör en typ som kallas metall-organiska ramverk (MOF). Deras namn ger ledtrådar om vad de är gjorda av. Föreställ dig en uppsättning supersmå Tinkertoys. Naven är små kluster av metallatomer. Kedjor av kolhaltiga föreningar fungerar som “pinnar” som länkar samman dessa nav. När dessa komponenter går samman skapar de en öppen, bikakeliknande struktur.

MOF har en rad användbara egenskaper. Förra året rapporterade ingenjörer att få gröna växter för att ta upp byggstenarna i MOF och sedan montera dem internt. Dessa MOF kunde absorbera skadliga våglängder av ljus så att de inte skadade växterna. Andra MOF kan filtrera bort giftiga kemikalier från luften och sedan lagra dem eller hjälpa till att bryta ner dem. Vissa kan dra koldioxid från industriella skorstenar, vilket skulle hjälpa till att bekämpa klimatförändringarna. Det finns till och med MOF:er som kan användas i tankar för att lagra väte för bränsleceller som producerar el. Ett system som använde dessa skulle vara lättare och säkrare att använda, särskilt i fordon.

Men samhällen i torra delar av världen skulle vara mest intresserade av de MOF som absorberar vatten. Dessa kan fånga mycket bara från luften, säger Zhiyong Xia. Denna materialforskare arbetar vid Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory i Laurel, Md.

Vattenmolekyler (H_{2O) har den perfekta storleken och formen för att passera genom porerna i de nya MOF:erna. Det låter dem suga in i materialet. De har en andra egenskap som är lika viktig. Deras inre arrangemang av elektriska laddningar drar till sig vatten.}

En vattenmolekyl är något V-formad. En negativt laddad syreatom sitter på botten av det “V”, förklarar Xia. Vid V:s övre spetsar sitter två positivt laddade väteatomer.

Men inte alla vattensamlande MOF:er är lika användbara, konstaterar Xia. Vissa attraherar och låser sig vid vattenmolekyler också väl. Senare skulle du behöva mycket energi för att släppa ut allt vatten som samlats upp av dem. Hans lösning: Identifiera en MOF som inte håller fast vid vattenmolekyler så aggressivt.

Nu har han och hans kollegor gjort just det.

Löfte och potential De undersökte nio olika MOF som kan skörda vatten. Metallen i vissa var zink. Andra tillverkades med titan, koppar, krom eller zirkonium. I labbet placerade forskarna prover av varje i fuktiga rumstemperaturförhållanden under en hel dag. Sedan värmde de upp materialet i torrare luft för att frigöra vattnet som var och en hade plockat upp. De upprepade dessa cykler med blötläggning och släpp minst 10 gånger.

Vissa MOF:er plockade inte upp mycket vatten. Andra sög i sig mycket till en början, men släppte senare bara en bråkdel av det. I senare cykler kan materialet också absorbera mycket mindre än det gjorde från början. Förklarar Xia, det är ett tecken på att sådana material attraherade vatten lite för bra.

I slutändan, rapporterar Xia, stack en zirkoniumbaserad MOF ut. Testproverna var alltid små, konstaterar han. Men om vikten av det MOF-provet hade varit 1 kilogram (2,2 pund), skulle materialet ha absorberats och sedan släppt ut mer än 8 liter (2,1 gallon) varje dag. Det slår alla tidigare MOF-baserade vattenuppsamlingssystem.

Xia och hans lagkamrater beskrev sina fynd den 30 januari i Scientific Reports.

Omar Yaghi är materialvetare vid University of California, Berkeley. Det är stor skillnad mellan labbtester och fältstudier, konstaterar han. Dessutom påpekar han, “Utmaningen är inte bara att ta upp vatten från fuktig luft, utan att göra det vid låg luftfuktighet också.”

Att skörda vattenånga från luft med en luftfuktighet på mindre än 50 procent “är mycket utmanande”, säger Yaghi. Men i de senaste fälttester har hans team och andra visat att vissa MOF:er visar mycket lovande i vattenskörd, även i ökenliknande miljöer. Specifikt kunde de återvinna vatten under tester i Kaliforniens Mojave (Moh-HAH-vee) öken. De exponerade sin aluminiumbaserade MOF för utomhusluft med så låg luftfuktighet som 10 procent. Även under dessa mycket torra förhållanden skulle ett kilo av den MOF de använde ha kunnat samla upp 0,7 liter vatten från luften. Hans team rapporterade sin prestation 27 augusti 2019 i