Zařízení na získávání vody s pomocí MOFů. Kredit: MIT / Laboratory of Evelyn Wang.

Představte si optimistickou budoucnost, ve které si každý dům vyrobí potřebné množství vody, prostě jenom ze vzduchu a slunečního záření. A bude úplně jedno, jestli stojí u moře, ve stepi anebo ve vyprahlé poušti. Přijde vám to jako nepříliš věrohodné science-fiction, od něhož nás dělí mnoho světelných let? Tak to jste vedle.

Inženýři z MIT (Massachusetts Institute of Technology) společně s dalšími kolegy totiž před pár dny předvedli světu podivuhodné zařízení, které dokáže přesně tohle. Důkladně vyždímá vzduch a získá z něj velmi slušné množství vody. I když má k dispozici vzduch o vlhkosti pouhých 20 procent, což je běžná hodnota v pouštních oblastech, tak tenhle vynález vytěží litry čisté a naprosto pitné vody za 12 hodin. V atmosféře je totiž překvapivě hodně vody. Materiálový vědec z Kalifornské univerzity v Berkeley Omar Yaghi a jeho spolupracovníci o tom publikovali studii v prestižním časopisu Science, která vzbudila pořádný ohlas.

Omar Yaghi se svými miláčky. Kredit: Boasap / Wikimedia Commons.

Podle Yaghiho jde o zásadní průlom v dlouholetém snažení o technologii, se kterou by bylo možné získat dostatečné množství vody ze suchého vzduchu. Nešlo to a nešlo. Do této chvíle se objevovala pouze řešení, která vyžadovala velké množství dodané energie. Postavit takovou ždímačku vzduchu není zase tak extrémně komplikované. Jenomže takhle vyrobená voda je po čertech drahá, a o to nikdo nestojí.

Sám Yaghi se ale už před dvaceti lety podílel na objevu materiálu, který byl pro takový průlom v technologiích ždímání vzduchu naprosto klíčový. Objevil takzvané MOFy, podle anglického názvu Metal-Organic Frameworks. Čeští odborníci je řadí mezi koordinační polymery, autor tohoto komentáře se ale přimlouvá za šťavnatější a doslovnější termín „kovové organické kostry“, s pikantní terminátorskou příchutí. MOFy tvoří kovy, jako je hořčík anebo hliník, uspořádané společně s organickými látkami do pevných a zároveň porézních struktur.

Schéma MOFu. Žlutě prázdné prostory, které se mohou naplnit molekulami vody. Kredit: UC Berkeley and Berkeley Lab.

Chemici za tu dobu vytvořili přes 20 tisíc různých MOFů, které jsou slibné v mnoha různých ohledech. Některé MOFy jsou skvělé na uložení rozmanitých látek v podobě kapalin anebo plynů, jako je třeba vodík nebo metan. Vývojáři společnosti BASF testují palivové nádrže s MOFy, do nichž se ve srovnání s prázdnými nádržemi vejde trojnásobné množství metanu. Jiné typy MOFů zase dovedou lapat oxid uhličitý z emisí, katalyzovat chemické reakce adsorbovaných chemikálií nebo oddělovat jednotlivé látky při zpracování ropy v petrochemických závodech.

Evelyn Wang. Kredit: MIT.

V roce 2014 Yaghi se svým týmem vytvořil další z pozoruhodných MOFů, původně z kovu zirkonia a kyseliny adipové, význačné organické dikarboxylové kyseliny, která se využívá hlavně jako surovina pro výrobu nylonu. Když zjistili, že tenhle MOF váže vodní páru, tak se domluvili s týmem inženýrky Evelyn Wang z MIT. Společnými silami se pustili do vývoje zařízení na získávání vody ze suchého vzduchu.

Jejich nové zařízení obsahuje asi 1 kilogram prachu z miniaturních krystalů obdobného MOFu. Tento prach badatelé stlačili mezi dvě desky, přičemž jedna z nich slouží k absorpci slunečního záření a druhá ke kondenzaci vody. Hotový prototyp zařízení pak umístili tak, aby byl na vzduchu. Když vzduch prochází vrstvou MOFu, tak se k jeho molekulám váží molekuly vody. Sluneční záření současně ohřívá vrstvu MOFu, což vede k pohybu vody směrem ke kondenzační desce. Vědci si to vyzkoušeli a ověřili, že zařízení funguje i v běžném prostředí. Tento jednoduchý prototyp za 12 hodin vyždímá ze vzduchu o vlhkosti 20 až 30 procent téměř 3 litry vody. Přitom k jeho pohonu stačí sluneční záření, které projde oknem do místnosti.

Yaghi, Wangová a jejich kolegové jsou nejen nadšení, ale i optimističtí. Hodlají svůj prototyp ještě dál vylepšovat a možnosti jsou prý veliké. Použitý MOF váže takové množství vody, jaké odpovídá 20 procentům jeho hmotnosti. Některý z jiných MOFů by ale mohl zvládnout i více než dvojnásobek. Vědci prý určitě dokáží vyždímat ještě větší množství vody a za ještě méně příhodných podmínek. MOFy jsou zázrak, takže s chutí do toho!

Video:  Device pulls water from dry air, powered only by the sun


Literatura
Berkeley News 13. 4. 2017, Science online 13. 4. 2017, Wikipedia (Metal-organic Framework).