تداوم انقلاب استخراج آب از هوا؛ فناوری رقیب عمر یاغی آماده خروج از آزمایشگاه است
با گرمتر و خشکتر شدن مدیترانه، دانشمندان حتی در هوا نیز بهدنبال آب میگردند؛ اکنون تیمی از پژوهشگران آلمانی، مادهای متخلخل را در مقیاس بزرگ تولید کردهاند که همین کار را انجام میدهد، حتی وقتی هوا کاملاً بیآب به نظر میرسد. این ماده که کائو ۱۰-اچ (CAU-10-H) نام گرفته، ترکیبی است که میتواند بخار آب را از هوا بگیرد و دوباره آزاد کند.
بهگزارش نیواطلس، نوربرت استاک از مؤسسهی شیمی معدنی دانشگاه کیل و نویسندهی اصلی پژوهشی تازه که در قالب دو مقاله منتشر شده است، میگوید: «برخی مناطق با افزایش دما و کاهش بارندگی روبهرو هستند. هدف ما توسعهی یک فناوری سازگار با محیط زیست است که مولکولهای آب موجود در هوا را به آب آشامیدنی تبدیل کند.»
مادهی یادشده به خانوادهی چارچوبهای فلزی-آلی یا MOF تعلق دارد؛ ساختارهایی که با حفرههای میکروسکوپی پر شدهاند و با عملکردی مانند اسفنجهای مولکولی، بخار آب را جذب و سپس با مصرف انرژی اندک آزاد میکنند.
شیمی بنیادی خانوادهی چارچوبهای فلزی-آلی برای عمر یاغی، جایزهی نوبل شیمی ۲۰۲۵ را به همراه داشت. یاغی پیشتر همین ایده را در قالب شرکت آتاکو توسعه داده بود و شرکت اکنون واحدهایی هماندازهی کانتینر حملونقل میسازد که برای استخراج تا هزار لیتر آب در روز از هوای بیابان طراحی شدهاند. نخستین سامانههای تجاری آتاکو برای نیمهی دوم ۲۰۲۶ برنامهریزی شده است.
مادهی کائو ۱۰-اچ که در دانشگاه کیل در آلمان ساخته شده، رویکردی متفاوت اما مکمل رویکرد یاغی ارائه میکند و سازندگانش اکنون گمان میکنند که این ماده آمادهی خروج از آزمایشگاه است. نام آن هم از مخفف «کائو» گرفته شده که شکل آلمانی نام دانشگاه، یعنی «دانشگاه کریستیان آلبریشت کیل» و زادگاه این ماده را نشان میدهد. عدد «۱۰» جای ماده را در فهرست شمارهدار ترکیبهای دانشگاه مشخص میکند و حرف «اچ» نیز به گروه شیمیایی مبتنی بر هیدروژن بهکاررفته در ساخت ماده اشاره دارد.
ماده کائو ۱۰-اچ که در دانشگاه کیل در آلمان ساخته شده، روشی متفاوت اما مکمل رویکرد عمر یاغی ارائه میکند
بیشتر مواد رطوبتگیر برای عملکرد خوب به هوای نسبتا مرطوب نیاز دارند، اما کائو ۱۰-اچ در دمای اتاق، زمانی شروع به جذب مولکولهای آب میکند که رطوبت نسبی از ۱۸ درصد بگذرد؛ شرایطی که بسیاری از سامانهها آن را برای استخراج آب بیشازحد خشک میدانند. آزادسازی آب هم برای این ماده کار دشواری نیست و گرمکردن آن تا حدود ۷۰ درجهی سانتیگراد برای بیرون راندن رطوبت جذبشده کافی است؛ زیرا این دما آنقدر پایین است که بدون نیاز به برق پرهزینه، با گرمای خورشیدی یا گرمای هدررفتهی یک کارخانه تامین میشود.
وقتی تیم کیل ماده را با ساختارهای کربنی رسانا ترکیب کرد، چرخهی کار سرعت یافت و عملکرد پیوستهای بهدست آمد که چرخههای آن فقط چند ساعت طول میکشید. در شرایط هوای خشک، این ماده تا ۰٫۱۷ گرم آب در ازای هر گرم ماده جذب میکند که برای هر کیلوگرم از این ترکیب، به تولید پیشبینیشدهی ۱٫۸ لیتر آب در روز میرسد. لسه وگنر، از دیگر نویسندگان مطالعه، میگوید: «این ماده برای تولید آب آشامیدنی، حتی در مناطق خشک، بهویژه جذاب است.»
کائو ۱۰-اچ کاربرد دومی هم دارد که ایفای نقش بهعنوان مبرد است؛ یعنی میتواند بهعنوان مادهی جاذب در سامانههای سرمایش جذبی استفاده شود. در سامانههای سرمایش جذبمحور، این ماده عملکرد را سهبرابر سیلیکاژل (جاذب استاندارد) افزایش میدهد. جذابیت اصلی این روش در بهرهبردن از گرمای اتلافی است، از جمله گرمایی که از یک دیتاسنتر یا حتی اجاق نانوایی نشت میکند. یعنی میتوان با بهرهگیری از این رویکرد فضا را خنک کرد، بیآنکه بار الکتریکی تهویهی مطبوع معمول افزایش یابد.
- آب شیرین را اکنون میتوان بهراحتی از هوا استخراج کرد15 آذر 03مطالعه '2
- حتی در شهرهای بیابانی نیز میتوان آب آشامیدنی را از هوا استخراج کرد05 اسفند 03مطالعه '2
نتایج بهدستآمده، کائو ۱۰-اچ را در میان کارآمدترین جاذبهای کمرطوبت و کمگرمایی قرار میدهد که تا امروز گزارش شدهاند، هرچند مقایسهی مستقیم آسان نیست. اعداد دانشگاه کیل بر حسب گرم مادهی خام در شرایط آزمایشگاهی بیان شدهاند، در حالی که ارقام کانتینرمقیاس آتاکو به لیتر تولیدشده توسط یک ماشین کامل، همراه با فنها و مبدلهای حرارتی، اشاره دارند.
همچنین هنوز روش استانداردی برای مقایسهی عملکرد کائو ۱۰-اچ با مادهی UNC که پژوهشگران دانشگاه کارولینای شمالی در چپل هیل در ژوئیهی ۲۰۲۶ معرفی کردند، وجود ندارد. یوانسی میتواند آب جذبشده را در حدود سه دقیقه و با دمای ۵۰ درجهی سانتیگراد آزاد کند؛ بااینحال، طراحیاش بیشتر بر سرعت آزادسازی آب تمرکز دارد، نه افزایش بیشینهی مقدار آب قابلجذب در هر چرخه.
اما مهمترین نکته، مقیاس ماده برای استفادهی واقعی است. نوربرت استاک میگوید: «ما کائو ۱۰-اچ را حدود ۱۵ سال پیش کشف کردیم و از آن زمان، کاربردهای بالقوهاش در سراسر جهان بررسی شدهاند.» استاک بیش از دو دهه است که در این زمینه پژوهش میکند و اکنون میگوید مسیر از آزمایشگاه فراتر رفته است.
تیم پژوهشی آلمانی با حمایت صندوق اعتبارسنجی دانشگاه کیل، اکنون حدود ۳۰ کیلوگرم از این ماده را تولید کردهاند که تقریبا ۶۰ برابر بزرگتر از هر دستهی آزمایشگاهی پیشین بهشمار میرود و هزینهی برآوردی آن ۱۲ تا ۱۴ دلار بهازای هر کیلوگرم است. نوربرت استاک میگوید: «این موضوع، کاربردهای عملیِ مواد ما را در دسترس قرار میدهد. این مواد نهتنها در آزمایشگاه کار میکنند، بلکه میتوان آنها را در مقیاسی از نظر اقتصادی قابلقبول نیز تولید کرد.»
جهش از گرم به کیلوگرم دقیقاً نقطهای است که بیشتر مواد امیدوارکنندهی آزمایشگاهی، پیش از رسیدن به دنیای واقعی در آن متوقف میشوند. اما اکنون کائو ۱۰-اچ برچسب قیمت کارخانهای و نقشهی مقیاسپذیری دارد. آزمون بعدی، استقرار واقعی در میدان خواهد بود و اگر این آزمایشها هم اعداد آزمایشگاهی را تأیید کنند، این ماده میتواند به بخشی کلیدی از انقلاب اماوافها تبدیل شود و در هرجایی که دیگر باران نمیبارد، آب آشامیدنی را از هوای اطراف استخراج کند.
دو مقالهی مربوط به پژوهش در نشریههای متریالز کمستری ای و اینداستریال اند انجینیرینگ کمستری ریسرچ منتشر شدهاند.
