Innovatie: Water ‘maken’ in kurkdroge gebieden

Terwijl we bij ons volop nadenken over manieren om beter om te gaan met de steeds schaarsere waterhoeveelheden, zijn er wereldwijd al heel wat gebieden waar nauwelijks tot geen drinkbaar water meer voorradig is. In deze realiteit van uitdroging en verwoestijning ontwikkelen wetenschappers volop manieren om water te ‘maken’ uit de omstandigheden die voorradig zijn. Deze combineren bijzonder inventieve creativiteit met zeer hoog aangeschreven wetenschappelijk inzicht. Wij zetten vier van deze ‘watermakers’ op een rijtje. 

Cloud seeding drones 

Bij cloud seeding wordt er op een kunstmatige manier regen gecreëerd door kleine elektrische schokjes te geven aan bestaande wolken. Hierdoor gaan de waterdruppels aan elkaar kleven. Daardoor worden ze zwaarder en uiteindelijk naar beneden vallen. De eerste experimenten met deze techniek dateren al uit het interbellum. De laatste jaren wordt deze methode steeds vaker toegepast. China maakte hier bijvoorbeeld gebruik van tijdens de Olympische Spelen van 2008, toen de techniek werd ingezet om droog weer te kunnen verzekeren.

Er werden de jongste jaren vooral grote stappen gezet in deze ontwikkeling onder aanvoering van het Nationaal Centrum van Meteorologie van de Verenigde Arabische Emiraten, het brein achter The United Arab Emirates Research Program for Rain Enhancement Science (UAEREP), een wereldwijd onderzoeksinitiatief dat veelbelovende onderzoeksprojecten rond regencreatie ondersteunt. Door de koppeling te maken met slimme technologie rond het detecteren en monitoren van de omgeving via speciale camera’s en teledetectiebeelden, kan men de seeding vandaag laten gebeuren vanuit onbemande vliegtuigen of drones. Hierdoor daalt enerzijds de kostprijs en is men anderzijds ook beter in staat om in te schatten welke wolken potentieel gebruikt kunnen worden voor dit proces, waardoor ook de effectiviteit van deze techniek steeds verder toeneemt. Door het succes van de eerste prototypes wordt momenteel gewerkt aan de verdere uitrol van deze dronetoepassing. 

S.A.W.E.R.

Twee containers. Eentje uitgerust met een eenheid die water absorbeert uit (droge) lucht door watermoleculen te extraheren en dan bij hoge temperaturen terug af te geven aan kleinere hoeveelheden lucht, waardoor de vochtigheid stijgt en condenseert tot water. In diezelfde container: een waterreservoir en een zuiveringsinstallatie om het water te zuiveren tot drinkwater. Daarnaast een tweede container met batterij die de energie – die wordt geproduceerd door de zonnepanelen op het dak van beide containers – opslaat en zo de installatie laat draaien.

Dit zijn de bouwstenen van de Solar Air Water Earth Resources (S.A.W.E.R.)-installatie. Deze eenheid werd ontwikkeld door een team van wetenschappers van de Tsjechische Technische Universiteit van Praag en het Botanisch Instituut van de Tsjechische Academie voor Wetenschappen en werd aan het grote publiek voorgesteld op Expo 2020, de wereldtentoonstelling in Dubai die liep tussen 2021 en 2022. De installatie, die een groene oase creëerde in de tuin van het Tsjechisch paviljoen, kaapte er de prijs voor beste innovatie weg. Omdat de eenheid volledig autonoom en dus zonder externe energiebronnen werkt, is deze bovendien erg mobiel. Na eerdere testen in de Sahara werd het derde prototype begin dit jaar met succes getest in de Australische outback. De installatie kan zelfs in woestijngebieden met zeer droge lucht tot 100 liter (drinkbaar) water per dag produceren. De ontwikkelaars houden momenteel nog in beraad welke commerciële partners de verkooplicentie in handen zullen krijgen. 

Ontzilting 

Misschien wel de meest voor de hand liggende manier om drinkwater te ‘maken’, is door zeewater te zuiveren via zogenoemde ontziltingsmachines. Dit proces kan op verschillende manieren worden gerealiseerd, maar is vandaag nog steeds erg energie- en dus kostenintensief. Desondanks trekken heel wat landen volop deze kaart. Wereldwijd zijn er al meer dan 21.000 ontziltingsinstallaties in gebruik. De grootste zijn – weinig verrassend – terug te vinden in het Midden-Oosten. In Saoedi-Arabië, waar dit proces verantwoordelijk is voor meer dan 70 procent van de watervoorziening, is dit bijvoorbeeld met voorsprong de belangrijkste bron van waterproductie.

Wat minder geweten is, is dat ook ons land momenteel bouwt aan een pilootinstallatie die Noordzeewater moet opzuiveren tot drinkwater. Dit project is een samenwerking tussen watermaatschappijen Aquaduin, De Watergroep en Farys en maakt gebruik van de CCRO-technologie. Hierbij wordt het water onder zeer hoge druk door een filter bestaande uit microscopisch kleine openingen gepompt, waardoor alleen de moleculen van zuiver water de doorsteek kunnen maken. Dit waterproductiecentrum zou tegen 2025 volledig operationeel moeten zijn en zal ruim 30.000 gezinnen van drinkbaar water kunnen voorzien. Hierdoor is Vlaanderen meteen de eerste regio aan de Noordzee die diezelfde zee als drinkwaterbron zal inzetten. Deze innovatie zal terug te vinden zijn aan het sluizencomplex de Ganzenpoot aan de IJzermonding in Nieuwpoort, een plek die voor eeuwig verbonden blijft aan de Eerste Wereldoorlog. 

MOF-303

Metal Organic Frameworks of kortweg MOFs zijn hybride materialen die bestaan uit metaalionen en organische moleculen die deze metalen bij elkaar houden. Hoewel degene die geen uitgesproken chemische interesse heeft hier wellicht nog nooit van gehoord heeft, wordt deze materiaalsoort in de toekomst wellicht zeer belangrijk in onze leefwereld. Sommigen voorspellen dat dit weleens het ‘plastic van de 21ste eeuw’ zou kunnen worden. Dit synthetische materiaal, dat gemaakt kan worden uit elke metaalcluster, is namelijk erg reactief en fungeert als een spons. Hierdoor kan het worden gebruikt om stoffen op te nemen uit zijn omgeving.

Omar Yaghi, de Amerikaanse chemicus die in 1995 de eerste stabiele MOF wist te maken, focuste de voorbije jaren met zijn onderzoeksteam aan de Universiteit van Berkeley op MOF-303. Deze specifieke vorm kan namelijk watermoleculen opslaan uit lucht, zelfs in de droogste gebieden ter wereld. Bij verhitting zal het materiaal deze moleculen terug afgeven in de vorm van vloeibaar water zonder dat er resten achterblijven, waardoor het water dus perfect drinkbaar is. Het onderzoek naar MOF-303 kreeg de voorbije jaren financiële ondersteuning van het Amerikaanse defensieapparaat, dat hierin een manier ziet om rondtrekkende legereenheden van water te voorzien. Uit dit onderzoek ontstond in 2018 de spin-off Water Harvester Inc, die speurt naar manieren om de kostprijs van dit complexe en dus dure proces te drukken en zo wereldwijd schaalbaar te maken.