Onderzoekers hebben een kristal ontwikkeld dat water uit de lucht kan halen en opslaan, enkel geactiveerd door zonlicht. De ontdekking kan op termijn nieuwe mogelijkheden bieden voor gebieden met ernstige droogte en groeiende waterschaarste.
Wetenschappers van de University of Iowa hebben een opvallend materiaal ontwikkeld dat drinkwater kan winnen uit de lucht met behulp van zonlicht. Volgens de studie, gepubliceerd in Journal of the American Chemical Society, gaat het om een kristalstructuur die pas actief wordt wanneer deze wordt blootgesteld aan ultraviolet licht. Op dat moment verandert het materiaal van interne opbouw, waardoor het in staat wordt gesteld om watermoleculen uit de atmosfeer te vangen en vast te houden.
De onderzoekers maakten gebruik van zogeheten metal-organic frameworks (MOF’s), een klasse materialen die bestaat uit metaalionen verbonden met organische moleculen. Deze structuren staan bekend om hun extreem poreuze eigenschappen, maar in dit geval is de innovatie dat het materiaal in eerste instantie géén bruikbare holtes bevat. Pas onder invloed van licht reorganiseert het kristal zich op nanoschaal, waardoor kleine opslagruimtes ontstaan.
Licht als ‘schakelaar’ voor wateropvang
Wat deze ontdekking bijzonder maakt, is dat licht hier niet alleen een energiebron is, maar ook een soort trigger. De organische bouwstenen in het kristal verschuiven van positie zodra ze worden geraakt door uv-straling. Daardoor ontstaan tijdelijke holtes waarin watermoleculen zich kunnen vastzetten. Het resultaat is een materiaal dat zichzelf als het ware “aanzet” zodra zonlicht beschikbaar is.
Met behulp van röntgendiffractie konden de onderzoekers aantonen dat deze holtes daadwerkelijk water bevatten na blootstelling aan licht. Dat bevestigt dat de structuurverandering niet alleen theoretisch is, maar ook functioneel leidt tot wateropslag op microscopisch niveau.
Eerste stap richting zon-aangedreven waterwinning
Het systeem kan momenteel ongeveer vijf procent van zijn eigen massa aan water opslaan. Dat lijkt beperkt, maar in de wereld van materiaalwetenschap is dat een belangrijke eerste stap. MOF’s kunnen bovendien relatief goed opgeschaald worden door ze in grotere structuren of membranen te verwerken, wat de totale opbrengst in de toekomst zou kunnen verhogen.
Volgens onderzoeker Leonard MacGillivray draait de doorbraak vooral om het principe: een materiaal dat water actief opvangt zonder externe energiebron. In plaats van pompen, compressie of koeling is alleen zonlicht nodig om het proces te starten.
Potentie voor droge regio’s, maar nog geen oplossing
De technologie wordt gezien als veelbelovend voor regio’s waar water schaars is en luchtvochtigheid laag maar aanwezig blijft. Toch is het nog te vroeg om te spreken van een praktische oplossing.
Het huidige materiaal bevat cadmium, een giftig element dat niet geschikt is voor grootschalige toepassingen. Daarnaast moet de efficiëntie aanzienlijk worden verbeterd voordat het systeem echt bruikbaar wordt buiten het laboratorium.
Als toekomstige versies van dit kristal veiliger en efficiënter worden, zou het concept kunnen uitgroeien tot een nieuwe manier om water te winnen in droge gebieden. Niet door zware infrastructuur, maar door materialen die letterlijk reageren op zonlicht en zo vocht uit de lucht halen.
