Les hydrogels hygroscopiques apparaissent comme des absorbants évolutifs et peu coûteux pour la collecte de l’eau atmosphérique, la déshumidification, le refroidissement passif et le stockage de l’énergie thermique.
“L’humanité est confrontée à des défis importants liés à l’approvisionnement mondial en énergie et en eau”, ont écrit le chercheur du MIT Carlos Díaz-Marin et ses collègues dans leur article.
“Les efforts dans le domaine de l’énergie et de l’eau doivent être conformes à la poussée mondiale vers des stratégies d’émissions nettes nulles et s’adapter aux conditions environnementales en constante évolution dans un climat en évolution rapide.”
“La recherche de matériaux innovants et fonctionnels est un moyen puissant pour relever ces défis”, ont-ils ajouté.
« Une classe prometteuse de matériaux sont les sorbants. La sorption de l’eau est courante dans la nature et largement utilisée dans une variété de processus techniques qui traitent de la pénurie d’eau et améliorent l’efficacité énergétique.
“Il s’agit notamment de la production d’eau douce par la collecte d’eau atmosphérique, la gestion thermique passive, le stockage d’énergie thermique et le conditionnement de l’espace.”
“Pour que les sorbants soient de bons candidats pour ces applications, ils doivent être peu coûteux, évolutifs et durables, ainsi qu’offrir une absorption élevée de vapeur d’eau (c’est-à-dire une hygroscopicité élevée), une bonne cinétique de sorption, de faibles enthalpies de désorption et une longue durée de vie. cyclabilité à terme. Enfin, les absorbants doivent être faciles à intégrer dans les dispositifs respectifs. »
Díaz-Marin et ses co-auteurs ont synthétisé un matériau superabsorbant capable d’absorber une quantité record d’humidité de l’air, même dans des conditions désertiques.
Comme le matériau absorbe la vapeur d’eau, il peut gonfler pour faire place à plus d’humidité.
Même dans des conditions très sèches, avec une humidité relative de 30 %, le matériau peut extraire la vapeur de l’air et retenir l’humidité sans fuite.
L’eau pourrait alors être chauffée et condensée, puis collectée sous forme d’eau ultra pure.
Les chercheurs ont amélioré la capacité d’absorption de l’hydrogel en l’infusant avec du chlorure de lithium, un type de sel connu pour être un dessicant puissant.
Ils ont découvert qu’ils pouvaient infuser l’hydrogel avec plus de sel que ce qui était possible dans les études précédentes.
En conséquence, ils ont observé que le gel chargé de sel absorbait et retenait une quantité d’humidité sans précédent, dans une gamme de niveaux d’humidité, y compris des conditions très sèches qui ont limité d’autres conceptions de matériaux.
S’il peut être fabriqué rapidement et à grande échelle, le gel superabsorbant pourrait être utilisé comme collecteur d’eau passif, en particulier dans les régions désertiques et sujettes à la sécheresse, où le matériau pourrait absorber en continu la vapeur, qui pourrait ensuite être condensée en eau potable. .
Les scientifiques envisagent également que le matériau puisse être adapté aux unités de climatisation en tant qu’élément de déshumidification économe en énergie.
“Nous avons été indépendants des applications, dans le sens où nous nous concentrons principalement sur les propriétés fondamentales du matériau”, a déclaré Díaz-Marin.
“Mais maintenant, nous explorons des problèmes très différents, comme comment rendre la climatisation plus efficace et comment vous pouvez récupérer l’eau.”
“Ce matériau, en raison de son faible coût et de ses hautes performances, a tellement de potentiel.”
“La grande surprise inattendue a été qu’avec une approche aussi simple, nous avons pu obtenir l’absorption de vapeur la plus élevée signalée à ce jour”, a déclaré Gustav Graeber, chercheur au MIT.
“Maintenant, l’accent sera mis sur la cinétique et la rapidité avec laquelle nous pouvons faire en sorte que le matériau absorbe l’eau. Cela vous permettra de recycler ce matériau très rapidement, de sorte qu’au lieu de récupérer l’eau une fois par jour, vous pourrez récolter de l’eau peut-être 24 fois par jour.
Les équipes travail a été publié dans la revue Matériaux avancés.
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Gustav Gräber et al. Absorption d’eau extrême des hydrogels hygroscopiques grâce à une charge de sel induite par un gonflement maximisé. Matériaux avancés, publié en ligne le 18 mai 2023 ; doi : 10.1002/adma.202211783
