To rozwiązanie łączy dwa problemy, które zwykle rozpatrujemy osobno: rosnącą górę odpadów z tworzyw sztucznych i niedobór wody. Zespół Anastasiia Naryshkina, Paula Schwenga i Roberta Woodwarda sprawdził, czy popularne odpady mogą stać się surowcem do pozyskiwania wody bezpośrednio z atmosfery.
Nie chodzi o kondensowanie rosy na zimnej powierzchni. Materiał działa bardziej jak molekularna gąbka. Badacze wykorzystali tworzywa zawierające pierścienie aromatyczne, czyli charakterystyczne struktury złożone z sześciu atomów węgla. Mogą one posłużyć jako punkty łączenia łańcuchów polimerowych w porowatą sieć pełną mikroskopijnych przestrzeni.
Kolejny etap polegał na obróbce kwasem siarkowym. Dzięki temu do tworzywa dołączono grupy kwasu sulfonowego, które silnie przyciągają wodę. W efekcie powstał materiał zdolny wychwytywać wilgoć nawet wtedy, gdy powietrze jest suche.
Plastikowe odpady zamienione w materiał do pozyskiwania wody
Do eksperymentów wykorzystano między innymi opakowania z polistyrenu, stare płyty CD z poliwęglanu oraz klocki LEGO wykonane z tworzywa ABS. Udało się to również z wybraną mieszaniną różnych tworzyw, co pokazało, że metoda nie ogranicza się do jednego rodzaju odpadu.
Najlepiej opisanym przykładem jest gąbka wykonana z polistyrenu ogólnego przeznaczenia, stosowanego m.in. w jednorazowych sztućcach i pudełkach na płyty CD. W wilgotnym powietrzu mogła zaadsorbować prawie 60 proc. swojej masy w wodzie. Nawet w suchych, pustynnych warunkach pochłaniała ok. 20 proc. własnej masy.
Woda nie zostaje w materiale na stałe. Można ją ponownie uwolnić przy umiarkowanym ogrzewaniu, np. energią słoneczną. Większość procesu pochłaniania i oddawania wody zachodziła w ciągu ok. godziny. To ważne, bo materiał przechodził kolejne cykle bez szybkiej utraty zdolności do działania.
Takie materiały są badane jako element systemów pozyskiwania wody z powietrza w miejscach, w których brakuje sieci wodociągowej albo dostęp do niej jest ograniczony. Żeby miały sens w praktyce, muszą jednocześnie silnie wiązać wilgoć, magazynować dużą ilość wody i nadawać się do wielokrotnego użycia. Materiały z odpadów spełniły te warunki w testach laboratoryjnych.
Woda z powietrza to jeszcze nie gotowy system
Do sprawdzenia pozostaje przede wszystkim trwałość materiału przy długotrwałym użytkowaniu, jego zachowanie po wielu setkach cykli oraz bilans surowców i energii potrzebnych do produkcji. Zespół prowadzi już dalsze testy długoterminowej wydajności i całkowitych wymagań materiałowych.
Wyniki mają zostać opublikowane w czasopiśmie „Chem Circularity”. Pokazują, że przynajmniej część odpadów z tworzyw można przekształcić w materiał o nowej funkcji. I że nawet zużyta obudowa płyty CD może stać się surowcem do wychwytywania wody z powietrza.