מי שתייה מהאוויר

מימי קדם ועד ימינו אנו, אחד האתגרים הגדולים עבור האנושות היה ונותר השגת מים באיכות טובה דיה לשתייה. לשם כך נטו בני אדם להתיישב בסמוך למקורות מים. בשנים האחרונות הולך ומתגבר העומס על מקורות מים איכותיים, אם בעקבות גידול של האוכלוסייה באזורים יבשים יחסית ואם בעקבות שינויי אקלים, שגורמים לאזורים שהיו רטובים להתייבש. כבר היום מספר האנשים שאין להם גישה מסודרת למים ראויים לשתייה הוא כ-2.2 מיליארד, והוא צפוי לעלות ל-5 מיליארד עד שנת 2050. מובן, אם כן, שהאתגר מכונה לעיתים בשם “משבר המים”, אם כי חשוב לזכור ש”משבר המים” לא נוגע למים באופן כללי – שכן עדיין יש מספיק מים בכדור הארץ, והמצב הזה לא צפוי להשתנות בזמן הקרוב – אלא מדובר במים ראויים לשתייה עבור בני אדם ובהישג יד. 

למרבה המזל, ממש מתחת לאף של כולנו (ומעליו ומסביבו) יש מקום עם כמות לא זניחה בכלל של מים באיכות טובה – האוויר. בכל מקום בכדור הארץ, במיוחד קרוב לקרקע, האטמוספרה לחה, כלומר מכילה כמות כלשהי של מים. לעיתים, למשל במדבר היבש, מדובר בכמות מעטה, ובמקרים אחרים היא גדולה כל כך עד שאפשר לראות טיפות קטנות של מים מרחפות בדמות ענן או ערפל. אם תתאפשר, הפקת מים מהאוויר צפויה לספק פתרון אטרקטיבי במיוחד במקומות רחוקים מהים, שם התפלת מים מלוחים אינה פתרון רלוונטי, או במקומות רחוקים מתשתית הולכת מים מסודרת. במשך הרבה שנים ניסו חברות הזנק (סטארט-אפ) וקבוצות מחקר שונות, כולל של חתן פרס נובל בכימיה לשנת 2025 עומר יאגי (Yaghi), להתמודד עם אתגר הפקת המים מהאוויר. כעת, במחקר שפורסם בכתב העת Nature Water, ייתכן שקבוצת חוקרים בינלאומית מ-MIT התקדמה במידה משמעותית לעבר פתרון כזה.

מערכות סופחות

הפתרון שקידמה קבוצת החוקרים מתבסס על מערכות סופחות, והוא מתאים במיוחד לאקלים יבש, שבו פתרונות פשוטים יותר, כמו מערכות עיבוי, אינם יעילים. מערכת סופחת פועלת בשני שלבים. בשלב הראשון המערכות סופחות את אדי המים לתוך חומר בעל יכולות ספיחה גבוהות, כמו מלח או מסגרת אורגנו-מתכתית, חומר נקבובי שמורכב ממולקולות פחמן ויונים מתכתיים. השלב הזה קורה לרוב בלילה, כשהלחות היחסית באוויר גבוהה. בשלב השני המערכות מאדות את המים מהחומרים שספחו אותם, כך שיוכלו להתעבות כמים נוזליים וראויים לשתייה. השלב הזה מתרחש לרוב בשעות היום, תוך ניצול חום השמש לאידוי המים מהחומרים הסופחים. אך לצד היתרון הבולט של המערכות הסופחות – הפקת מים באקלים יבש בעלות אנרגטית נמוכה – יש להן מספר מגבלות. המגבלה הראשונה היא שהן פועלות ביעילות בטווח לחות מצומצם, לרוב נמוך, כדי להתאים לסביבה יבשה. אולם גם במקומות יבשים ישנם ימים שבהם הלחות היחסית גבוהה, ולכן נדרשת מערכת שתפעל בטווח לחות רחב יותר. המגבלה השנייה היא שהמערכות הסופחות כוללות שימוש בחומרים שעלולים להזיק לבריאות, בפרט מלחים נדירים כמו ליתיום כלוריד, שעלולים לחדור למים המופקים ולפגוע באיכותם. נראה שהפתרון החדש, שמכונה “חלון קציר המים האטמוספריים”, מצליח להתגבר על המגבלות האלה.

קבוצת החוקרים פיתחה הידרוג’ל שמתפקד כחומר סופח ומשלב פוליוויניל אלכוהול (PVA), מלח ליתיום-כלור, גליצרול ודיו שחור, שתורם לבליעת אור מרבית. ההרכב הזה מאפשר ספיחת לחות בלילה, ואידוי ואז עיבוי מחדש תוך שמירה על רף נמוך ובטיחותי של מלחים במים. כדי להפוך את החומר למערכת שעובדת בשטח, הם שילבו את ההידרוג’ל בתוך מתקן במידות של חלון ביתי טיפוסי שבתוכו לוח הידרוג’ל אנכי ומולו שמשת זכוכית. בלילה ההידרוג’ל סופח מים מהאוויר, ואילו ביום תחת חום השמש האדים מתעבים על השמשה, מטפטפים מטה ונאספים בתחתית המתקן. במאמר קבוצת החוקרים מציינת שהמכשיר פועל בטווח רחב של ערכי לחות באוויר, בין 18 אחוזים ליותר מ-90 אחוזים. כמו כן, לדבריהם במים המופקים יש כמות זניחה של מלחים ושל יוני ליתיום, כך שהם עומדים בסטנדרטים בריאותיים מחמירים. אף על פי שמדובר רק בהוכחת היתכנות, המכשיר שהחוקרים פיתחו איפשר הפקה של עד 160 מיליליטרים של מים ליום בעמק המוות בקליפורניה, שמפורסם בערכי הלחות הנמוכים שבו. גם אם זה לא נשמע הרבה, המערכת הזו מציבה רף חדש ליכולת הפקת מים. לא נותר אלא לקוות שלאחר שיפורים נוספים ועלייה ביכולת התפוקה של המכשיר, יפותחו פתרונות שמאפשרים הפקת כמויות מים גבוהות עוד יותר, אפילו במדבר היבש.