Forscher der Jilin University und der NYU Abu Dhabi haben innovative Januskristalle entwickelt, die Wasser aus der Luft gewinnen können, ohne dass dafür Energie benötigt wird. Inspiriert von Wüstenorganismen könnten sie so Wasser gewinnen. Dies könnte ein wichtiger Schritt zur Lösung der globalen Wasserknappheit sein.
Ein Forscherteam der Jilin University und der NYU Abu Dhabi hat ein bahnbrechendes kristallines Material entwickelt, das die Art und Weise, wie wir Wasser aus der Atmosphäre gewinnen, revolutionieren könnte – eine Lösung, die besonders für trockene Regionen mit Wasserknappheit von entscheidender Bedeutung ist.
Unter der Leitung von Pance Naumov, einem Professor für Chemie an der NYUAD, bringt die Forschung „Januskristalle“ hervor, eine neue Klasse intelligenter Materialien, die von der Flora und Fauna der Wüste inspiriert sind. Diese Januskristalle sollen die Wassersammelfähigkeiten von Wüstenkäfern und -echsen nachahmen, die über Oberflächenstrukturen verfügen, die Feuchtigkeit effizient aus der Luft aufnehmen.
Die Kristalle, die nach dem zweigesichtigen römischen Gott Janus benannt sind, verfügen über hydrophile (wasseranziehende) Bereiche, die Feuchtigkeit aufnehmen, und hydrophobe (wasserabweisende) Bereiche, die das gesammelte Wasser in einen Behälter leiten.
Kredit: NYU Abu Dhabi
„Die Erdatmosphäre enthält eine Fülle von ungenutztem Süßwasser, aber wir brauchen dringend Materialien, die diese Feuchtigkeit effizient einfangen und sammeln und zu Trinkwasser kondensieren können“, sagt Naumov, der auch Direktor des NYUAD Center for Smart Engineering Materials (CSEM) ist und das Smart Materials Lab (SML) an der NYUAD, sagte in einem Pressemitteilung.
Unter Verwendung von drei verschiedenen organischen Verbindungen stellten die Forscher elastische organische Kristalle her und testeten deren Wechselwirkung mit Wasser in der Luft. Das Ergebnis war die Bildung von Januskristallen, die die bislang höchste Wasseraufnahmeeffizienz aufweisen. Ihre einzigartige Struktur ermöglicht die Echtzeitüberwachung der Kondensation von Nebeltröpfchen mithilfe von Licht, was ihre Funktionalität noch weiter steigert.
Im Gegensatz zu energieintensiven Entsalzungsverfahren funktionieren Janus-Kristalle unter Umgebungsbedingungen und benötigen keinen Energieeinsatz, was sie zu einer zugänglichen und nachhaltigen Option für Regionen mit begrenzten Ressourcen macht. Dieser effiziente Wassergewinnungsprozess kombiniert sowohl Wassersammel- als auch Wasserabgabefunktionen direkt auf der Kristalloberfläche.
„Die von unserem Team entwickelten Kristalle nutzen nicht nur die mechanische Nachgiebigkeit und optische Transparenz organischer Kristalle, sondern ebnen auch den Weg für die Entwicklung aktiver, selbsterfassender und effizienter oberflächenaktiver Sammler, die uns bei Einsatz in größerem Maßstab dabei helfen können, Wasserknappheit auf gesellschaftlicher Ebene zu bekämpfen“, fügte Naumov hinzu.
Die Ergebnisse des Teams, veröffentlicht im Journal of the American Chemical Society, birgt ein enormes Potenzial für eine nachhaltige Lösung des Wassermangels durch die Nutzung des unerforschten Reservoirs an Luftfeuchtigkeit.
Angesichts der zunehmenden Wasserknappheit auf unserem Planeten könnten Innovationen wie die Janus-Kristalle eine entscheidende Rolle dabei spielen, den Zugang zu sauberem Wasser auf der ganzen Welt sicherzustellen, insbesondere in Regionen, in denen die traditionellen Wasserquellen versiegen.