水の抽出と処理を巧みに組み合わせる: 研究者は、ミストから水を効率的に抽出し、同時に浄化できる特別にコーティングされた金属メッシュを開発しました。いわゆる光触媒酸化チタン粒子が大気汚染物質を確実に分解します。太陽エネルギーは、この効果を有効にするために一時的にのみ必要となります。したがって、新技術を使えば、大気汚染がひどい乾燥地域でもほとんど手間をかけずに霧を利用できるようになる可能性がある、と科学者らは述べている。
蛇口をひねるだけで済むこの贅沢は、世界中の多くの人が利用できるものではありません。きれいな水が入手できないことが、多くの乾燥地域で大きな問題となっています。したがって、そこでは利用可能なすべての水資源を効率的に使用することが必要です。これは、一部の地域ではすでに空気の利用が行われている方法です。少なくとも時折霧が風景の中を移動する地域では、浮遊する水滴を捕捉して収集することができます。この目的にはネットまたはグリッド システムが使用され、その上に水が堆積し、収集コンテナに流れ込みます。わずか数平方メートルの霧収集器で、日によっては最大数百リットルの水が得られることもあります。
遠隔地では、霧の水は通常、飲料水と同等の品質です。しかし、特にこの水資源が特に必要とされる人口密集地域では、そうではありません。ここは、大気汚染レベルが高く、霧のしずくがたまりやすい場所です。収集家が乾燥した都市部で集めたものは、通常、飲料や料理に使用できるほどきれいではありません。ただし、その後の洗浄により、このコンセプトはコストがかかり、再び非現実的になります。
効果的に収集して洗浄
スイス連邦工科大学チューリッヒ校 (ETH) が率いる国際研究チームの革新的な取り組みが現在、この問題に取り組んでいます。彼らの方法は効果的な水の抽出と浄化を同時に保証します。ポイントはコレクター素材の特殊設計です。これは、ポリマーと二酸化チタンの混合物でコーティングされた金属ワイヤーでできた目の細かいメッシュです。ポリマー材料のメッシュ サイズと特性は、ミストの液滴が特に効果的に蓄積し、風によって再び持ち去られないようにできるだけ早く収集容器に流れ去るように設計されています。
科学者らはまた、湿潤特性、つまり水がメッシュ内に留まる時間の長さをシステムの洗浄機能に適応させました。これは、統合された二酸化チタンの特殊な特性に基づいています。これは、有機汚染物質分子の分解につながる化学触媒として機能します。ハイライトは、この効果が光エネルギーの影響に基づいていることです。照射は二酸化チタン分子の構造変化を引き起こし、その結果、その環境内で反応性の高い分子、つまりラジカルが形成されます。これらは有機汚染物質を無害な物質に分解します。
光による洗浄機能
このプロセスでは、二酸化チタンは消費されませんが、新たな光活性化によって何度でも再生できます。科学者らが報告しているように、彼らのシステムは物質のいわゆる光触媒記憶の恩恵を受けている。酸化チタンが紫外線で活性化されると、たとえ暗闇の中でも長期間触媒活性を維持する。 24 時間機能を確保するには、30 分太陽が当たれば十分です。これは、コーティングが夜間や夕暮れ時に霧が溜まった場合にも洗浄性能を発揮できることを意味します。
科学者たちは、彼らのシステムが期待どおりの性能を発揮することをすでに証明することができました。研究室とチューリッヒのパイロットプラントでフォグキャッチャーのテストに成功しました。これにより、機能が追加されたにもかかわらず、以前のプロセスと比較して良好な水収量が得られました。洗浄性能の評価では、チームがミストに加えた有機化合物の 94% をメッシュが分解できることがわかりました。テストされた汚染物質の中には、ディーゼルの微細な液滴や悪名高い可塑剤物質であるビスフェノール A も含まれていました。開発者らは、開発が目標に向けて成功した一歩であると結論付けています。「ミスト収集と水処理を組み合わせることで、空気のある地域でも使用できる」 」と筆頭著者でチューリッヒ工科大学のリトウィック・ゴーシュ氏は言う。
研究チームが結論づけているように、このコンセプトの潜在的な用途は飲料水の製造を超える可能性があります。たとえば、冷却塔から蒸気の形で上昇する水を回収するために産業で使用できる可能性があります。 「環境に還元したい場合は、汚染物質が含まれていないことを確認しながら、この水の一部を回収するのが理にかなっています」とチューリッヒ工科大学の主任著者トーマス・シュツィウス氏は言う。
出典: スイス連邦工科大学チューリッヒ校、専門記事: Nature Sustainability、doi: 10.1038/s41893-023-01159-9
