Passieve waterwinner werkt in de droogste gebieden

Ingenieurs van MIT ontwikkelden een nieuw apparaat dat zonder enige stroombron drinkwater uit de lucht kan halen. Tijdens een test in Death Valley, een van de droogste gebieden ter wereld, wist het systeem dagelijks tot 161,5 milliliter schoon drinkwater te produceren. Het apparaat maakt gebruik van een speciaal ontwikkeld hydrogelmateriaal dat waterdamp opneemt en weer vrijgeeft, waarna het condenseert tot drinkbaar water.

Het systeem bestaat uit een verticaal, raamgroot paneel van zwart hydrogel, omsloten door een glazen kamer. De hydrogel lijkt op zwart noppenfolie: kleine koepelvormige structuren zwellen op wanneer ze water uit de lucht opnemen. Zodra de damp weer vrijkomt, krimpen de structuren. Een beweging die doet denken aan origami. Het water condenseert vervolgens op het glasoppervlak en stroomt via een buisje naar een opvangpunt.

Bijzonder is dat het systeem volledig passief werkt, zonder batterijen, zonnepanelen of netstroom. Een speciale coating op het glas zorgt ervoor dat het oppervlak voldoende afkoelt om condensatie te bevorderen.

Test in Death Valley

De onderzoekers installeerden het systeem in november 2023 in Death Valley, Californië. Gedurende zeven dagen maten ze de prestaties bij luchtvochtigheden tussen 21 en 88 procent. De opbrengst varieerde van 57 tot 161,5 milliliter water per dag. Vooral ’s nachts, wanneer de luchtvochtigheid in de woestijn het hoogst is, was de wateropname het grootst. Overdag zorgde de zon voor het verdampen en condenseren van het verzamelde vocht.

“Het is een test om te zien of het mogelijk is deze technologie op grotere schaal toe te passen,” zegt Xuanhe Zhao, professor werktuigbouwkunde en civiele techniek aan MIT. “Nu kunnen mensen het groter bouwen of combineren in parallelle panelen, om drinkwater te leveren aan huishoudens en echte impact te maken.”

Slimme materialen en minder zout

Het hydrogelmateriaal zelf is innovatief opgebouwd. In tegenstelling tot eerdere ontwerpen, waarbij vaak zout als toevoeging wordt gebruikt om meer water aan te trekken (met het risico dat dat zout vervolgens mee lekt in het drinkwater), voorkomt deze versie dat probleem grotendeels. Door glycerol toe te voegen blijft het zout beter gebonden aan het materiaal, zonder in het water terecht te komen.

Het team koos bewust voor een microstructuur zonder nanogaten, om zoutverlies verder te beperken. De hoeveelheid zout in het verzamelde water bleef dan ook onder de veilige drinkwatergrens.

Daarnaast vergrootten de onderzoekers het opnamevermogen van het hydrogel door het niet als een vlakke plaat, maar als een structuur met kleine koepeltjes te gebruiken. Dit vergroot het oppervlak en daarmee de hoeveelheid op te nemen damp.

Schaalbaarheid en toekomst

Het systeem is nog in ontwikkeling, maar de eerste resultaten zijn veelbelovend. “We werken aan een volgende generatie van het materiaal om de eigenschappen verder te verbeteren,” zegt projectleider Chang Liu, inmiddels universitair docent aan de National University of Singapore.

Volgens Zhao is de kracht van het ontwerp dat het modulair en verticaal inzetbaar is, wat de voetafdruk klein houdt. Arrays van meerdere panelen zouden in staat zijn om een huishouden in droge gebieden van drinkwater te voorzien zonder afhankelijkheid van elektriciteit of complexe infrastructuur.