テキサス大学オースティン校の研究者らは、空気中から飲料水を効率的に抽出する生分解性のバイオマスベースのヒドロゲルを開発し、送電網のないコミュニティ、緊急救援、農業用水の利用に拡張可能で持続可能なソリューションを提供します。
テキサス大学オースティン校の研究者らは、廃棄された生ゴミ、小枝、貝殻、その他の天然素材を主要な原料として使用し、薄い空気から飲料水を抽出できる新しいシステムを開発した。
「分子機能化バイオマスヒドロゲル」と呼ばれるこの革新的なシステムは、さまざまな天然産物を吸着剤、つまり液体を吸収できる材料に変換します。これらの吸着剤と穏やかな熱を組み合わせることで、研究者は乾燥した条件下であっても大気中から数ガロンの飲料水を抽出することができます。
「この画期的な進歩により、私たちはさまざまな天然素材を高効率の吸水剤に変換できる汎用性の高い分子工学戦略を生み出しました」と、テキサス大学オースティン校の材料科学、機械工学およびテキサス材料研究所の教授であるグイフア・ユー氏は述べています。 「これは持続可能な水の採取に関する新しい考え方を切り開き、家庭や小規模コミュニティの規模での実用的な水の採取システムへの大きな一歩を示します。」
研究者らは実地試験で、吸収剤 1 キログラムあたり 1 日あたり 14.19 リットル (3.75 ガロン) のきれいな水を生成できることを発見しました。ほとんどの吸水剤は、1 日あたり 1 キログラムあたり 1 ～ 5 リットルの水を生成できます。
新しい研究は、Advanced Materials に掲載されています。
バイオマスを効率的な吸着剤に変換する
研究者らは、このシステムは吸着剤を設計する新しい方法を表していると述べている。従来の「選択して組み合わせる」アプローチでは、特定の機能に合わせて特定の材料を選択する必要がありますが、この多用途な分子戦略により、ほぼすべてのバイオマスを高効率の吸水剤に変えることができます。
石油化学製品を使用し、多くの場合高エネルギー入力を必要とする既存の合成吸水剤とは異なり、UT オースティンチームのバイオマスヒドロゲルは生分解性で拡張性があり、水を放出するのに最小限のエネルギーしか必要としません。その秘密は、セルロース、デンプン、キトサンなどのバイオマスベースの多糖類に吸湿性と熱歪特性を与える 2 段階の分子工学プロセスにあります。
「最終的には、きれいな水へのアクセスはシンプルで持続可能かつ拡張可能でなければなりません」と博士課程の上級生であり、この研究の主任研究員であるWeixin Guan氏は述べた。 「この材料は、自然の最も豊富な資源を使用して、いつでもどこでも空気から水を作る方法を提供します。」
この最新のイノベーションは、きれいな飲料水が不足している人々のための解決策を開発するというYu教授の長年にわたる取り組みの一環です。彼は、水を生成するハイドロゲルの開発と、それらを最も乾燥した条件に適応させることにキャリアを費やしてきました。彼は最近、注入可能な水ろ過システムを作成し、ヒドロゲル技術を農業に応用しました。
研究チームは現在、生産規模を拡大し、携帯用水収集装置、自立型灌漑システム、緊急用飲料水設備など、実際の商用機器システムの設計に取り組んでいます。研究者たちは当初から、スケーラビリティと、この研究を世界中の人々を助けることができるソリューションに変換する能力に焦点を当ててきました。
同研究室の大学院生研究員であるYaxuan Zhao氏は、「持続可能な水採取技術における最大の課題は、研究室外での実用性を維持しながら効果的に拡張できるソリューションを開発することである」と述べた。 「このヒドロゲルは広く入手可能なバイオマスから作ることができ、動作に最小限のエネルギー投入しか必要としないため、大規模な生産や、オフグリッドコミュニティ、緊急救援活動、分散型給水システムへの導入に大きな可能性を秘めています。」
/ScitechDaily から編集
DOI:10.1002/adma.202420319