Nanotechnologie dokáží akumulovat vodu na poušti, použití v praxi ale zatím není možné

16. června 2014 | Rubrika: Co bychom měli vědět o vodě , Podnikání s vodou a zákony

brouk potemník-Onymacris_unguicularis_MHNT

„Lešením“ z nanometrových trubek, které vyvinul indický profesor Pulickel Ajayan, může zachytávat molekuly vody i ze vzduchu v pouštních oblastech. Informuje o tom populárně – vědecký server osel.cz.

Inspirací pro vědce byl podle serveru africký brouk potemník Onymacris unguicularis (na ilustračním snímku), který žije v poušti Namib. Většinu dne prospí zavrtán hluboko v písku, ale má jednu vlastnost hodnou následování. Sportuje už od raního kuropění. Má i české jméno – sběrač rosný.  Před východem slunce se vyškrábe na písečnou dunu, kde víc fouká. Protože je černý, jeho tělo vyzařuje více tepla, než okolní písek. Tím se ochladí pod teplotu rosného bodu a než ho paprsky zahřejí, vzdušná vlhkost na něm kondenzuje. Den vítá sportovně, staví stojku, kapičky mu při tom z krovek stékají po bocích rovnou do úst.

Ajayanův kolektiv černé broučí krovky vylepšil. Udělal je velké a zvětšil jejich povrch uhlíkovými nano trubičkami. I když to spíš připomíná kartáč nebo koště, nazvali to „hygroskopickým lešením“. To podstatné na novém objevu ale není „les“ nanotrubiček. Fígl vysoké účinnosti spočívá v něčem jiném – totiž v jejich povrchové úpravě. Každá „štětina“ má totiž hydrofobní a hydrofilní část. Vodou milujícím make-upem je vylepšena vrchní část,  ta vychytá molekuly vody ze vzduchu. Vodu odpuzujícím (super hydrofobním) polymerem je vylepšená spodní polovina nanotrubiček. Ta je tam proto, aby  nachytaná voda spodem nevytékala a také se neodpařovala.

Štětiny tohoto kartáče na vzduch mají průměr jen několik nanometrů (miliardtin metru), zato jsou dlouhé téměř centimetr. Proto se vědcům zpočátku dlouho nedařilo. Jejich „pohárek“ na vodu se bořil a rozpadal, jakmile se setkal s vlhkostí. Až varianta s vhodným polymerem, který dokázal vše provázat a udržet spodní i vrchní, křehkou hydrofilní strukturu pospolu i po jejich „nacucání“ vodou, věc vyřešila. Tím hlavním jsou tedy polymery, zajišťují dvě funkce – zpevňují strukturu (proto tomu asi neříkají kartáč, ale lešení) a hlavně propůjčují povrchu požadované vlastnosti. Funguje to tak, že molekuly vody, zachycené hydrofilní vrstvou, se samy, přirozeně, posouvají hlouběji do lešení tvořeného sloupořadím nanotrubiček. Jednak vlivem gravitace, ale hlavně efektem kapilárních sil. S molekulami vody si pohrávají van der Waallsovy síly, vodíkové vazby a dipólové interakce a ty je vtahují dovnitř lešenářské struktury.

Množství zachycené vody závisí na vlhkosti vzduchu, které kartáč pročesává. V suchém prostředí osmi miligramový vzorek o ploše 0,25 centimetrů čtverečních, za 11 hodin na hmotnosti získal 27,4 procent. Ve vlhkém vzduchu za 13 hodin přibral na váze o 80 procent původní hmotnosti. Další testy ukázaly, že zařízení je jakási past na vodu. Výrazně pomaleji se z něj voda odpařuje. O vynálezu tisk píše jako o něčem, co by mělo pouštím oblastem vytrhnout trn z paty. Jak ale ukazují výpočty serveru osel.cz, tak jednoduché to není.

Pokud se totiž na jeden centimetr plochy kartáče daří nalákat 8,768 miligramů vody, potom z jednoho metru čtverečného za půl dne vymačkáme 87,68 gramů. Na jeden litr pitné vody bychom potřebovali plachtu o jedenácti a půl metrech čtverečných. Při spotřebě vody na jednoho člověka denně (83 litrů) by tak potřeboval každý pro uspokojení své potřeby deset arů kartáče. Ještě větší problém lze očekávat s tím, co vědci sice uvádějí, ale nekomentují. Že totiž když svůj „pohár“ z nano-lesu trubek otočí vzhůru nohama, nic z něj nevyteče. Ani když je nacucaný na maximum (o 80 % své původní hmotnosti). Uvádějí to jako přednost. Pro praxi by to ale znamenalo, že vodu bude potřeba nějak vymačkávat, nebo získávat šetrným odstřeďováním, aby se jemné chloupky neulámaly či nepomačkaly do nefunkční masy. Takže k získávání této vody bude třeba nějaká energie. Nezodpovězeno také zůstává, kolik vody by se při manipulaci s obřími hektarovými košťaty vypařilo, než by se dostala k našim ústům.

Zdroj: www.osel.cz, původní literatura: Sehmus Ozden a kol.: Anisotropically Functionalized Carbon Nanotube Array Based Hygroscopic Scaffolds, ACS Appl. Mater. Interfaces, pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/am5022717, ilustrační foto: Didier Descouens, Wikipedia

Související rubriky: Co bychom měli vědět o vodě, Podnikání s vodou a zákony, Voda a naše peněženka, Vodovody a kanalizace