Oude cd's, bouwsteentjes en verpakkingen worden spons die water uit de lucht haalt
Scheikundigen van de Universiteit Wenen maken van plastic afval een spons die waterdamp uit de lucht vangt, ook als de lucht droog is. Met wat warmte, bijvoorbeeld van de zon, komt het water er weer uit. De volgende stap is testen hoe lang het materiaal meegaat.
Op veel plekken op aarde is schoon drinkwater schaars. Toch zit er altijd water in de lucht, ook boven een woestijn: als onzichtbare waterdamp. Onderzoekers over de hele wereld werken aan materialen die die damp kunnen vangen. Zo'n materiaal werkt als een spons: het zuigt 's nachts vocht op en geeft het overdag weer af, als de zon het verwarmt.
Scheikundigen van de Universiteit Wenen hebben nu zo'n spons gemaakt van plastic afval. Ze gebruikten verpakkingen van polystyreen (het plastic van yoghurtbekers en piepschuim), oude cd's en bouwsteentjes van speelgoed. Ook een mengsel van verschillende soorten plastic afval werkte. Het team van materiaalchemicus Robert Woodward, met Anastasiia Naryshkina en Paul Schweng, beschreef de methode op 14 oktober in het vakblad Chem Circularity.
Van afval naar spons
De plastics die de onderzoekers gebruikten, zijn opgebouwd uit lange ketens met ringvormige bouwstenen. Die ringen kun je aan elkaar vastknopen, zodat het plastic een stevig netwerk wordt vol piepkleine holtes. Vergelijk het met een visnet dat je in alle richtingen dichtknoopt: er ontstaat een kluwen met heel veel binnenruimte. Daardoor heeft het materiaal een enorm groot oppervlak.
Daarna behandelen de onderzoekers het netwerk met zwavelzuur. Dat hangt kleine groepjes aan het oppervlak die water sterk aantrekken. Zo wordt het plastic, dat normaal water afstoot, juist een materiaal dat vocht uit de lucht trekt.
Een groot voordeel is dat het plastic niet eerst helemaal hoeft te worden afgebroken tot zijn bouwstenen. Het afval wordt in één keer omgezet. En omdat gemengd afval ook werkt, hoeft het niet eerst nauwkeurig te worden gesorteerd.
Hoeveel water levert het op?
De spons van polystyreen werkte het best. Bij vochtige lucht nam hij bijna 60 procent van zijn eigen gewicht aan water op. Een kilo spons houdt dan dus ruim een halve liter water vast. Bij droge lucht, zoals in een woestijn, was dat ongeveer 20 procent van zijn gewicht. Het meeste water ging er binnen een uur in en ook weer uit.
Om het water eruit te krijgen, is maar weinig warmte nodig. Boven de 60 graden Celsius gaat het snel, maar met een droge luchtstroom lukt het ook al bij 30 tot 45 graden. In droge, zonnige gebieden zou de zon dat werk kunnen doen. De sponzen konden meerdere keren achter elkaar water opnemen en afgeven zonder slechter te werken.
Twee problemen tegelijk
Er bestaan al andere materialen die water uit de lucht halen, zoals de metaal-organische roosters waarvoor vorig jaar de Nobelprijs voor de Scheikunde werd uitgereikt. Volgens de onderzoekers zijn veel van die materialen duur of kost het veel energie om ze te maken. Hun spons van afval kan goedkoper zijn, en ruimt tegelijk plastic op. Woodward ziet het als een manier om twee grote milieuproblemen tegelijk aan te pakken: plastic afval en watertekort.
Het werk is nu nog in het lab gedaan. De onderzoekers kijken nu hoe lang de sponzen meegaan en hoeveel grondstoffen en energie het maken kost. Voor gebruik in de praktijk moet ook duidelijk worden hoe goed het werkt met steeds wisselend afval, of de gebruikte vloeistoffen kunnen worden hergebruikt en hoe je de spons in een apparaat inbouwt. Het materiaal kan volgens het team ook van pas komen bij energieopslag en het zuiveren van gassen.
Wat betekent dit voor de weg naar de singulariteit?
Water uit de lucht halen met afval: het laat zien hoe slimme scheikunde een probleem kan omdraaien. Wat eerst rommel was, wordt een grondstof. Zulke vondsten komen vaak voort uit het combineren van vakgebieden, hier recycling en waterwinning.
Daar kan AI een grote rol in gaan spelen. Een groot taalmodel kent de literatuur over plastics, over woestijnklimaat én over waterzuivering tegelijk. Het kan verbanden voorstellen die voor één specialist buiten beeld blijven, bijvoorbeeld welke andere afvalstromen zich voor zo'n spons lenen. Ook bij het zoeken naar nieuwe materialen helpt AI al, zoals bij het voorspellen van de bouw van kristallen. Als dat soort hulp samenkomt met het werk van teams zoals in Wenen, kan het sneller gaan van een veelbelovende proef naar apparaten die echt water leveren waar dat het hardst nodig is.
