นักวิจัยสร้างอุปกรณ์ผลิตน้ำดื่มจากอากาศแห้งโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์สำเร็จ

จากรายงานล่าสุดขององค์การอนามัยโลกมีผู้คนเกือบ 2 พันล้านคนขาดแคลนน้ำสะอาดสำหรับดื่ม เป็นเหตุให้เสียชีวิตจากโรคท้องร่วงปีละกว่า 500,000 คน เพื่อจัดการกับปัญหานี้นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเบิร์กลีย์และเอ็มไอที ได้สร้างอุปกรณ์พลังแสงอาทิตย์ที่สามารถดึงเอาน้ำสะอาดออกมาจากอากาศในที่แห้งแล้ง ความชื้นต่ำ หรือแม้กระทั่งในทะเลทราย

แนวคิดในการดึงเอาน้ำออกจากอากาศไม่ใช่เรื่องใหม่ หลายบริษัทได้ทำเป็นผลิตภัณฑ์ออกขายแล้ว เพียงแต่ว่าผลิตภัณฑ์เหล่านั้นต้องการสภาพเฉพาะบางอย่างถึงจะทำงานได้ เช่น ต้องมีระดับความชื้นในอากาศสูงหรือต้องใช้ไฟฟ้า แต่ทีมนักวิจัยที่นำโดย Omar Yaghi จากเบิร์กลีย์ต้องการพัฒนาอุปกรณ์ที่สามารถใช้ได้ในพื้นที่แห้งแล้งและไม่มีไฟฟ้าเข้าถึง

อุปกรณ์ใหม่นี้สร้างขึ้นโดยทีมงานที่นำโดย Evelyn Wang ที่มหาวิทยาลัยเอ็มไอที โดยใช้วัสดุโครงข่ายโลหะอินทรีย์ (Metal Organic Frameworks หรือ MOFs) ที่ผลิตจากมหาวิทยาลัยเบิร์กลีย์

MOFs เป็นวัสดุนาโนที่มีโลหะและสารอินทรีย์เป็นส่วนประกอบ มีลักษณะเป็นโครงข่ายต่อเนื่องกันไปคล้ายตาข่าย มีคุณสมบัติน่าสนใจหลายอย่าง เช่น พื้นที่ผิวมาก มีความพรุนสูง มีความหนาแน่นต่ำ และทนอุณหภูมิได้สูง เป็นต้น  MOFs สามารถจับโมเลกุลของก๊าซและของเหลวเอาไว้ ขณะที่ปล่อยให้ธาตุที่ไม่ต้องการไหลผ่านไปได้ ปัจจุบัน MOFs ถูกใช้สำหรับจับแยกก๊าซหลายชนิด เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ ไฮโดรเจน และมีเทน

water-harvester-from-air-2

Yaghi และทีมงานที่เบิร์กลีย์ได้สังเคราะห์ MOFs ใช้โลหะเซอร์โคเนียมและกรดอดิพิคเป็นส่วนประกอบเพื่อใช้จับโมเลกุลของไอน้ำเมื่อปี 2014 และได้แนะนำต่อ Wang พวกเขาจึงได้ร่วมมือกันสร้างอุปกรณ์ใหม่นี้ขึ้นมา

ระบบที่ Wang และทีมงานที่เอ็มไอทีออกแบบประกอบด้วยผลึก MOFs ราว 1 กก.อัดแน่นอยู่ระหว่างตัวดูดซับแสงอาทิตย์และแผ่นคอนเดนเซอร์ วางในตู้ที่เปิดช่องไว้ เมื่ออากาศแผ่กระจายผ่านรูพรุนของ MOFs โมเลกุลของไอน้ำจะถูกจับเอาไว้ แสงแดดที่ผ่านเข้ามาทางช่องเปิดจะทำให้ MOFs ร้อนและผลักดันโมเลกุลไอน้ำไปหาแผ่นคอนเดนเซอร์ ไอน้ำจะควบแน่นกลายเป็นหยดน้ำหยดลงไปยังที่เก็บ

เครื่องต้นแบบภายใต้สภาพความชื้นของอากาศ 20 – 30% สามารถผลิตน้ำออกมาได้ 2.8 ลิตรภายในเวลา 12 ชั่วโมง การทดสอบบนหลังคาตึกที่เอ็มไอทียืนยันว่าอุปกรณ์นี้ทำงานได้ผลจริง

water-harvester-from-air-3

“อุปกรณ์นี้ได้เปิดแนวทางใหม่ในการดึงเอาน้ำออกจากอากาศโดยไม่จำเป็นต้องมีความชื้นสัมพัทธ์สูงและมีประสิทธิภาพการใช้พลังงานดีกว่าเทคโนโลยีอื่นที่มีอยู่มาก” Wang กล่าว

Yaghi กล่าวว่าเครื่องต้นแบบยังสามารถพัฒนาให้ดีขึ้นได้อีกมาก MOFs ที่ใช้สามารถดูดซับน้ำได้เพียง 20% ของน้ำหนักตัวมันเอง แต่วัสดุ MOFs อื่นอาจสามารถดูดซึมได้ถึง 40% Yaghi บอกว่าพวกเขาได้ผลทดสอบที่ดีจาก MOFs ที่ทำจากอลูมิเนียมซึ่งถูกกว่าเซอร์โคเนียม 100 เท่า

ในเวลาเดียวกันทีมงานของ Wang ก็กำลังปรับปรุงระบบให้สามารถผลิตน้ำได้ตลอดทั้งวัน แทนที่จะทำได้แค่เฉพาะตอนกลางวันเท่านั้น

“เราได้วางรากฐานไว้แล้วทั้งด้านทฤษฎีและปฏิบัติ ดังนั้นเราสามารถเลือกใช้วัสดุ MOFs อื่นที่สามารถทำขึ้นได้เป็นพันชนิด เพื่อหาวัสดุที่ดีที่สุด” Yaghi กล่าว “มันมีศักยภาพสูงมากในการเพิ่มปริมาณน้ำที่จะผลิตได้ ตอนนี้มันเป็นแค่เรื่องของงานวิศวกรรมในอนาคต”

 

ข้อมูลและภาพจาก   berkeley, newatlas



Leave a Reply

Your email address will not be published.