กักเก็บน้ำในอากาศ ด้วย ‘ไฮโดรเจล’ ใช้งานได้แม้ในพื้นที่แห้งแล้งที่สุดในโลก

หุบเขามรณะ ขึ้นชื่อว่าเป็นหนึ่งในสถานที่ที่ร้อนและแห้งแล้งที่สุดของโลก ยากที่จะหาน้ำไว้ใช้ได้ แต่ในตอนนี้วิศวกรจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ หรือ MIT ได้แก้ปัญหาด้วยการพัฒนาอุปกรณ์เก็บเกี่ยวน้ำจาก “อากาศ”

อุปกรณ์เก็บเกี่ยวน้ำของ MIT เป็นแผงขนาดเท่าหน้าต่าง ทำจากวัสดุดูดซับที่เรียกว่า “ไฮโดรเจล” ผสมกับเกลือ ซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากการพับกระดาษโอริกามิ โดยบรรจุอยู่ในกระจกที่มีชั้นระบายความร้อนพิเศษ ทำให้สามารถเก็บเกี่ยวน้ำดื่มที่ปลอดภัยและราคาไม่แพงจากอากาศ และทำงานโดยอัตโนมัติโดยไม่ต้องใช้ไฟฟ้า

นักวิจัยได้นำอุปกรณ์นี้ไปทดสอบเป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์ในหุบเขามรณะ พื้นที่แห้งแล้งที่สุดของอเมริกาเหนือ แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการดักจับไอน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ สามารถผลิตน้ำดื่มที่ปลอดภัยภายใต้ระดับความชื้นที่หลากหลาย

แตกต่างจากเทคโนโลยีก่อนหน้านี้ที่ต้องใช้แบตเตอรี่ แผงโซลาร์เซลล์ หรือไฟฟ้าจากโครงข่ายไฟฟ้า เพราะอุปกรณ์นี้สามารถทำงานโดยอัตโนมัติ โดยอาศัยความผันผวนของอุณหภูมิระหว่างกลางวันและกลางคืนเพียงอย่างเดียว

เครื่องเก็บน้ำจากอากาศที่คิดค้นโดย MIT
เครดิตภาพ: Courtesy of the researchers; MIT News

“การขาดแคลนน้ำ” เป็นปัญหาใหญ่ระดับโลก ประชากรกว่า 2,000 ล้านคนไม่สามารถเข้าถึงน้ำดื่มที่ปลอดภัย สถานการณ์จะเลวร้ายลงอีก เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ซึ่งเกระตุ้นให้เกิดภัยแล้งที่ยาวนานและรุนแรงยิ่งขึ้น เมื่ออ่างเก็บน้ำหดตัวลง น้ำใต้ดินเหือดแห้ง และฤดูฝนเอาแน่เอานอนไม่ได้ 

นักวิทยาศาสตร์จึงพยายามหาวิธีกักเก็บน้ำใหม่ ๆ หนึ่งในนั้นคือการกักเก็บน้ำจากอากาศ และพัฒนารูปแบบอย่างต่อเนื่อง ในอดีตการกักเก็บน้ำจากบรรยากาศต้องใช้พลังงานมาก ผลิตน้ำได้เพียงเล็กน้อย และมีต้นทุนสูงกว่าน้ำประปาหลายเท่า

ดร.จ้าว ซวนเหอ ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลและวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อมจาก MIT เปิดเผยว่าไฮโดรเจลจะพองตัวขึ้น เพื่อดูดซับความชื้นจากอากาศในเวลากลางคืน จากนั้นจะปล่อยไอน้ำออกมาเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นในระหว่างวัน ทำให้ไอน้ำควบแน่นบนพื้นผิวด้านในของแก้ว โดยจะถูกรวบรวมผ่านระบบท่อแบบง่าย ๆ

ผลการทดสอบเบื้องต้น เป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์ในเดือนพฤศจิกายน 2566 อุปกรณ์นี้ทำงานได้ในระดับความชื้นตั้งแต่ 21-88% ผลิตน้ำได้ 57-161.5 มิลลิลิตรต่อวัน และสุดท้ายก็มีประสิทธิภาพเหนือกว่าระบบอื่น ๆ แม้ในสภาพอากาศที่แห้งแล้งมาก

“เราได้สร้างอุปกรณ์นี้ขึ้นมา เพื่อหวังว่าจะนำไปใช้ในพื้นที่ที่มีทรัพยากรจำกัด ที่แม้แต่โซลาร์เซลล์ก็หาได้ยาก” จ้าวกล่าว

พร้อมเสริมว่าสามารถสร้างอุปกรณ์ให้มีขนาดใหญ่ขึ้น เพื่อแจกจ่ายน้ำสะอาดให้ผู้คนและสร้างผลกระทบที่แท้จริงได้ 

ไฮโดรเจลที่อยู่ในเครื่องกักเก็บน้ำ
เครดิตภาพ: Courtesy of the researchers; MIT News

ไฮโดรเจลถือเป็นวัสดุสามารถดูดซับน้ำจากอากาศได้อย่างดีเยี่ยม แต่ก่อนหน้านี้ นักวิจัยมักใช้ไฮโดรเจลที่มีรูพรุนระดับไมโครหรือนาโนร่วมกับเกลือ เช่น ลิเธียมคลอไรด์ เพื่อเพิ่มการดูดซึม แต่ไฮโดรเจลเหล่านี้มักจะรั่วซึมเกลือลงในน้ำที่เก็บรวบรวมไว้ ทำให้น้ำเค็มและต้องกรองเพิ่มเติม

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ทีมงานได้ผสมกลีเซอรอลลงในไฮโดรเจล ในการลดการรั่วไหลและปริมาณเกลือลง จนทำให้น้ำที่ได้มีระดับเกลือต่ำกว่าเกณฑ์มาตรฐานสำหรับน้ำดื่มที่ปลอดภัย

นอกจากนี้ ไฮโดรเจนยังถูกพัฒนาคุณสมบัติด้านอื่น ๆ เช่น การขึ้นรูปให้เป็นรูปโดมขนาดเล็กคล้ายแผ่นกันกระแทก ช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวและเพิ่มความสามารถในการดูดซับไอน้ำได้อีกด้วย พร้อมทั้งติดฟิล์มโพลิเมอร์ชนิดพิเศษเคลือบภายนอกกระจกที่เก็บไฮโดรเจน เพื่อช่วยระบายความร้อน กระตุ้นให้ไอน้ำในไฮโดรเจลระเหยและควบแน่นลงบนกระจก จากนั้นจึงติดตั้งระบบท่อแบบง่ายเพื่อกักเก็บน้ำที่ไหลลงมาตามกระจก

ขณะนี้ ทีมงานกำลังพัฒนาวัสดุรุ่นต่อไปเพื่อพัฒนาคุณสมบัติภายใน “นี่เป็นเพียงการออกแบบเพื่อพิสูจน์แนวคิด และมีหลายสิ่งที่เราสามารถปรับปรุงได้ เช่น ออกแบบให้มีหลายแผงได้” ดร. ชาง หลิว ผู้ช่วยศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์และหัวหน้าทีมวิจัย กล่าวสรุปในแถลงการณ์ 

นักวิจัยกล่าวว่า หากผลิตแผงให้มีขนาดใหญ่ขึ้น หรือติดตั้งหลายแผงอาจมีศักยภาพในการให้น้ำดื่มเพียงพอสำหรับทั้งครัวเรือน ขณะนี้พวกเขากำลังวางแผนการทดสอบเพิ่มเติมในเขตภูมิอากาศต่าง ๆ เพื่อประเมินประสิทธิภาพและความสามารถในการปรับขนาดในระยะยาว

ที่มา: CNN, Interesting Engineering, MIT, Scitech Daily