Plastic verpakkingen, afgedankte cd’s en zelfs LEGO-steentjes kunnen een verrassende tweede bestemming krijgen: water uit de lucht halen. Onderzoekers van de Universiteit van Wenen hebben een methode ontwikkeld waarmee ze kunststofafval omzetten in moleculaire sponzen. Die kunnen zelfs in woestijnachtige omstandigheden vocht opnemen en het met behulp van zonnewarmte weer afgeven.
De technologie biedt mogelijk een oplossing voor twee groeiende problemen: de wereldwijde plasticafvalberg en het tekort aan zoetwater. In het wetenschappelijke tijdschrift Chem Circularity beschrijven de onderzoekers hoe ze verschillende veelgebruikte kunststoffen geschikt maken voor zogenoemde atmospheric water harvesting, oftewel waterwinning uit de atmosfeer.
Van plastic afval naar moleculaire spons
De onderzoekers gebruiken onder meer polystyreen uit verpakkingen, polycarbonaat uit oude cd’s en ABS-kunststof uit LEGO-steentjes. Het geheim zit in de moleculaire structuur van deze materialen. Ze bevatten aromatische ringen van zes koolstofatomen, die als aangrijpingspunten dienen om polymeerketens onderling te verbinden.
Hierdoor ontstaat een poreus netwerk met talloze microscopisch kleine ruimtes. Vervolgens behandelen de onderzoekers het materiaal met zwavelzuur, waardoor sulfonzuurgroepen worden toegevoegd. Die trekken watermoleculen aan, zelfs wanneer de luchtvochtigheid relatief laag is.
Tot 60 procent van eigen gewicht aan water
Vooral de resultaten met polystyreen zijn opvallend. In vochtige lucht kan de geproduceerde spons bijna 60 procent van zijn eigen gewicht aan water opnemen. Onder droge, woestijnachtige omstandigheden bedraagt dat nog altijd ongeveer 20 procent. Dat betekent dat vijf kilogram van het materiaal onder zulke droge omstandigheden theoretisch ongeveer één liter water per cyclus kan opvangen, mits al het geadsorbeerde water wordt teruggewonnen.
Het verzamelde vocht komt vrij wanneer het materiaal licht wordt verwarmd, bijvoorbeeld met zonnewarmte. Het grootste deel van de opname en afgifte vindt binnen een uur plaats. Bovendien kan de spons meerdere keren worden gebruikt zonder direct zijn werking te verliezen.
Interessant voor gebieden zonder waterleiding
De techniek zou vooral interessant kunnen zijn voor afgelegen gebieden waar toegang tot schoon water beperkt is. Anders dan traditionele systemen die lucht actief afkoelen om water te condenseren, maakt deze aanpak gebruik van een vochtabsorberend materiaal dat met warmte wordt geregenereerd.
Een bijkomend voordeel is dat de onderzoekers ook gemengde kunststofstromen konden verwerken. Dat kan de noodzaak van intensieve afvalscheiding verminderen, al werkt de methode niet automatisch met iedere kunststofsoort.
Nog geen kant-en-klare drinkwatermachine
Ondanks de veelbelovende resultaten is grootschalige toepassing nog niet vanzelfsprekend. Het chemische productieproces vereist onder meer zwavelzuur en andere procesmiddelen. Ook moeten de onderzoekers aantonen dat de materialen langdurig meegaan en dat de totale milieubelasting beperkt blijft.
Daarnaast is opgevangen water niet automatisch drinkbaar. Daarvoor zijn onder meer condensatie, kwaliteitscontrole en mogelijk aanvullende zuivering nodig. De belangrijkste doorbraak zit daarom voorlopig in het materiaal zelf: kunststofafval hoeft niet eerst volledig tot zijn oorspronkelijke bouwstenen te worden afgebroken om opnieuw waardevol te worden. Het kan rechtstreeks worden omgevormd tot een functioneel materiaal dat mogelijk bijdraagt aan de toekomstige watervoorziening.
