En 2017, Les chimistes de l'UC Berkeley ont démontré qu'une nouvelle conception de MOF pouvait rapidement adsorber l'eau de l'air même sec, lui permettant d'être condensé et collecté pour être bu. Un MOF de deuxième génération peut désormais effectuer un cycle d'adsorption et de désorption en 20 minutes, permettant la collecte continue de plus d'un litre par jour et par kilogramme de MOF en utilisant l'énergie solaire. Le nouveau MOF est la base d'un appareil planifié de la taille d'un micro-ondes qui fournit 7 à 10 litres par jour.

La pénurie d'eau étant un problème croissant dans le monde, Université de Californie, Berkeley, les chercheurs sont sur le point de produire un récupérateur d'eau de la taille d'un micro-ondes qui vous permettra de tirer toute l'eau dont vous avez besoin directement de l'air, même dans la chaleur, désert sec.

Dans un article paru cette semaine dans ACS Science centrale , un journal de l'American Chemical Society, Omar Yaghi de l'UC Berkeley et ses collègues décrivent la dernière version de leur récupérateur d'eau, qui peut extraire plus de cinq tasses d'eau (1,3 litre) d'air à faible humidité par jour pour chaque kilogramme (2,2 livres) de matériau absorbant l'eau, une substance très poreuse appelée charpente métallo-organique, ou MOF. C'est plus que le minimum requis pour rester en vie.

Au cours d'essais sur le terrain de trois jours dans le désert aride de Mojave en Californie, la moissonneuse a produit de manière fiable 0,7 litre par kilogramme d'absorbeur par jour, soit près de trois tasses d'eau propre, H pur 2 O. C'est 10 fois mieux que la version précédente de la moissonneuse. L'abatteuse roule 24h/24 et 7j/7, alimenté par des panneaux solaires et une batterie.

Même le jour le plus sec dans le désert, avec une humidité relative extrêmement basse de 7% et des températures supérieures à 80 degrés Fahrenheit, la moissonneuse a produit six onces (0,2 litre) d'eau par kilogramme de MOF par jour.

« Il est bien connu que pour condenser l'eau de l'air à une faible humidité (moins de 40 % d'humidité relative), vous devez refroidir l'air au-dessous de zéro, à zéro degré Celsius, ce qui est peu pratique. Avec notre moissonneuse, nous le faisons à très faible humidité sans un tel refroidissement; il n'y a pas d'autre matériel qui puisse faire ça, " dit Yaghi, professeur de chimie à l'UC Berkeley et codirecteur du Kavli Energy NanoSciences Institute. "Ce n'est pas comme un déshumidificateur, qui fonctionne à une humidité relative élevée. Certaines personnes disent que 0,7 litre, ce n'est pas beaucoup d'eau. Mais c'est beaucoup d'eau, si vous n'avez pas d'eau."

la startup de Yaghi, Récupérateur d'eau inc., est en train de tester et commercialisera bientôt un appareil de la taille d'un four à micro-ondes pouvant fournir 7 à 10 litres d'eau par jour :de l'eau de boisson et de cuisson suffisante pour deux à trois adultes par jour, sur la base des recommandations de la National Academy of Sciences selon lesquelles les hommes devraient consommer 3,7 litres et les femmes 2,7 litres de liquide par jour.

Une version encore plus grande de la moissonneuse, un de la taille d'un petit réfrigérateur, fournira 200 à 250 litres d'eau par jour, assez pour un ménage à boire, cuisiner et prendre une douche. Et dans quelques années, l'entreprise espère disposer d'une moissonneuse-batteuse villageoise qui en produira 20, 000 litres par jour. Tous fonctionneraient à l'aide de panneaux solaires et d'une batterie ou hors du réseau électrique.

"Nous fabriquons de l'eau ultra pure, qui peut potentiellement être largement disponible sans connexion au réseau d'eau, " dit Yaghi, la chaire James et Neeltje Tretter du Collège de chimie. « Cette mobilité de l'eau n'est pas seulement critique pour ceux qui souffrent de stress hydrique, mais rend également possible l'objectif plus large - que l'eau devrait être un droit de l'homme."

La clé :des MOF très poreux

L'ingrédient secret de la moissonneuse est un type de MOF inventé par Yaghi et ses collègues de l'UC Berkeley qui capte facilement et rapidement l'eau de l'air et la dégorge tout aussi facilement pour que l'eau puisse être récupérée. MOF, que Yaghi développe depuis le milieu des années 1990, sont si poreux qu'un gramme a une surface équivalente à un terrain de football. D'autres types de MOF captent le dioxyde de carbone des gaz de combustion, catalyser des réactions chimiques ou séparer les produits pétrochimiques dans les usines de transformation.

The researchers came up with their first water-absorbing MOF, called MOF-801, in 2014. Water molecules in ambient air stick to the internal surface—a process called adsorption—and increase the humidity inside the MOF to a point where the water condenses even at room temperature, just as water condenses on cooler surfaces when the humidity is high. When the MOF is heated slightly, the water comes back out and can be condensed and collected.

The first harvester employing MOF-801 premiered in 2017 and was totally passive and solar powered:It sat and adsorbed water at night and gave it up the next day in the heat of the sun, with the water vapor condensing on the inside surface of the container.

By 2018, Yaghi's Berkeley team had turned that proof-of-concept device into a second-generation harvester that collected 0.07 liters—a little over 2 ounces—of water per day per kilogram of MOF during one day-night cycle in the Arizona desert, again using heat from the sun to drive the water out of the MOF.

"Although the amount of water was low, the experiment showed how water from desert air can be concentrated into the pores of the MOF, removed by mild heating with sunlight and then condensed at ambient conditions, " Yaghi said.

The 2019 model is no longer passive:It uses solar panels to power fans blowing ambient air over MOF contained within a cartridge, so that more of the MOF is exposed to air. The MOF-filled cartridge, about 10 inches square and 5 inches thick, is intersected by two sets of channels:one set for adsorbing water, the other for expelling it to the condenser, allowing continuous cycling throughout the day. The solar panels, attached to batteries so that the harvester can run at night, also power small heaters that drive the water out of the MOF.

The productivity of this new water harvester is 10 times the amount harvested by the previous device and 100 times higher than the early proof-of-concept device. No traces of metal or organics have been found in the water.

The improved productivity and shorter cycling time of the new device comes from a newly designed MOF, MOF-303, that is based on aluminum, as opposed to MOF-801, which is based on zirconium. MOF-303 can hold 30% more water than MOF-801 and can adsorb and desorb water in a mere 20 minutes under ideal conditions—something Yaghi's startup is close to achieving.

"MOF-303 does two things very well:It takes up much more water than the zirconium MOF we reported on before, and it does it much faster, " Yaghi said. "This allows water to go in and out much faster; you can pump air in and harvest the water over many cycles per day."

Yaghi gets inquiries about his harvester nearly every day from people, agencies and countries around the world, many in arid regions of the Middle East, Afrique, South America, Mexique, Australia and around the Mediterranean. The bulk of the funding for improvements to the harvester comes from Saudi Arabia's King Abdulaziz City for Science and Technology, as part of a joint KACST-UC Berkeley collaboration called the Center of Excellence for Nanomaterials and Clean Energy Applications. Desert kingdoms chronically short on water appreciate the harvester's potential, said Yaghi, who comes from another arid country, Jordan.

"The atmosphere has almost as much water at any one time as all the rivers and lakes, " he said. "Harvesting this water could help turn dry deserts into oases."