En tvärvetenskaplig grupp i Australien och Singapore har gjort framsteg med en lösning som enligt FN kan lösa ett av världens största problem.
Stora vetenskapliga framsteg börjar ofta med en fundering. Den här gången har en grupp experter från Australien, Kina, Japan, Singapore och Indien ställt sig frågan:
Det var startskottet för det tvärvetenskapliga teamet. Deltagare var Centre of Excellence for Carbon Science and Innovation, ett centrum specialiserat på ren energi i Sydney, Team Graphene vid University of New South Wales i Sydney, ledd av docent Rakesh Joshi, och forskarteamet kring den kinesiske fysikern Kostaya Novoselov, Nobelpristagare 2010.
Jane Goodall: ”Det du gör gör skillnad, och du måste bestämma vilken skillnad du vill göra.” Stöd vårt arbete, skydda planeten.
Hur är det möjligt att det finns 13 miljoner gigaliter vatten i atmosfären, men över 2,2 miljarder människor inte har tillgång till dricksvatten?
Grafenoxid, nyckeln till att utvinna vatten ur luften
I denna upptäckt är grafen nyckeln till framgången. Sedan det upptäcktes 2004 har forskare undersökt hur det kan användas i olika tekniska utvecklingar av alla slag, från batterier till bekämpning av sjukdomar. Många anser det vara framtidens material.
Dess egenskaper är extremt revolutionerande: det är starkt som stål, lätt som en fjäder och bättre elektrisk ledare än koppar. Men för denna studie har man använt grafenoxid, det vill säga med grupper som innehåller syre, eftersom man visste att det skulle vara användbart för adsorption (koncentrationen av en upplöst substans, antingen på ytan av ett fast ämne eller runt partiklarna i en kolloid) av vatten.
I oxiden har man blandat in kalciumjoner, ett annat ämne med god adsorptionsförmåga, och ”något magiskt har hänt”, förklarar man vid UNSW. Upptäckten är att kombinationen gör att vätebindningarna mellan vatten och kalcium blir ännu starkare.
Vad betyder detta? Att det vatten som adsorberas i nanomaterialet är betydligt större än vad som kan erhållas i grafenoxid och kalcium separat. Som så ofta är fallet inom vetenskapen är ”helheten större än summan av delarna”.
Simuleringar på molekylär nivå har utförts teoretiskt och experimentellt på superdatorn i Canberra, som tillhör Australian National Computer Infrastructure.
Det datorbaserade arbetet har letts av Amir Karton från University of New England, som har förklarat betydelsen av upptäckten: ”Denna kunskap hjälper nu till att utforma ännu bättre system för att generera atmosfäriskt vatten, vilket erbjuder en hållbar lösning på den växande utmaningen med tillgången på färskvatten i Australien och i vattenstressade regioner över hela världen”.
Men upptäckten stannade inte där. Efter att ha hittat rätt formel har man gått vidare med en designjustering. Man tillverkade grafenoxid med kalciumjoner i form av aerogel, ett mycket lätt material med hög adsorptionsförmåga tack vare mikroporer som påskyndar processen.
Ett revolutionerande nanomaterial i aerogel
Resultatet är att nanomaterialet kan hålla kvar mer än tre gånger sin vikt i vatten och snabbare än andra befintliga tekniker för att producera vatten från syre. Dessutom förbrukar det mindre el eftersom systemet bara behöver värmas upp till 50 grader för att få vatten.
Hittills är det en preliminär upptäckt som sedan måste utvidgas för att skala upp tekniken och utveckla testprototyper.
Även om FN erkänner att andelen av världens befolkning som har tillgång till säker och hälsosam vattenförsörjning har ökat mellan 2015 och 2022, kommer fortfarande mer än 2 miljarder människor att vara utestängda år 2030, enligt uppskattningar. Men rapporten från 2024 klargör också att detta kommer att ske ”i nuvarande takt”.
”Vår teknik kommer att kunna användas i alla regioner där det finns tillräcklig fuktighet men begränsad tillgång till eller tillgänglighet av dricksvatten”, förklarar Dr Joshi, docent vid UNSW Sydney.
Som alltid när det gäller vetenskapliga framsteg återstår framtiden att se…
