De slimme uitvinding is een duurzame en goedkope manier om mensen die in dorre woestijngebieden leven van voldoende voedsel en water te voorzien.

Bij de meesten van ons stroomt er thuis altijd water uit de kraan. Ook kun je zo even naar de plaatselijke supermarkt lopen om eten te halen. En als je de stekker van je smartphone in het stopcontact stopt, laadt ie op. Toch is dit voor lang niet iedereen op aarde vanzelfsprekend. “Een deel van de wereldbevolking heeft nog steeds geen toegang tot schoon water, voldoende voedsel en stroom,” vertelt onderzoeker Peng Wang in een interview met Scientias.nl. Maar daar heeft hij nu samen met zijn team iets vernuftigst op bedacht.

WEC2P
In afgelegen woestijngebieden beschikken de inwoners vaak niet over elektriciteit en genoeg irrigatie om zelf gewassen te kunnen verbouwen. Maar een nieuw ontwikkeld systeem, WEC2P genaamd, maakt dat nu wél mogelijk. “Het systeem onttrekt waterdamp uit de lucht,” legt Wang uit. “Vervolgens gebruikt het de afvalwarmte van de zonnepanelen om zoet water te produceren. Hierdoor zijn conventionele waterbronnen, zoals rivierwater, grondwater of zeewater, overbodig geworden.”

Zo werkt het
Om daar wat dieper op in te gaan, het systeem werkt zo: WEC2P bestaat uit een reeks verbonden fotovoltaïsche zonnepanelen, waarbij elk paneel bovenop een laag hydrogel is geplaatst. De hydrogel trekt waterdamp uit de omgevingslucht aan en geeft vervolgens het watergehalte vrij wanneer het warm wordt. De afvalwarmte van de zonnepanelen die gegenereerd wordt bij het opwekken van elektriciteit, wordt gebruikt om het geabsorbeerd water uit de hydrogel te drijven.

Deze foto toont de fotovoltaïsche zonnepanelen, die de waterabsorberende hydrogel eronder gebruiken om koel te blijven en zo de efficiëntie verhogen. Afbeelding: Renyuan Li

Onder het zonnepaneel en de hydrogel is vervolgens een grote, metalen bak gemonteerd die de waterdamp opvangt en het gas omzet in vloeibaar water. Het hele systeem is nog efficiënt ook. De hydrogel verhoogt namelijk de efficiëntie van de fotovoltaïsche zonnepanelen met zo’n negen procent door warmte te absorberen, waardoor de panelen gekoeld worden.

Spinazie
Om te zien of het systeem goed functioneert, besloten de onderzoekers in Saoedi-Arabië gedurende de verzengende junimaand WEC2P te testen. Met behulp van het vocht dat dankzij het systeem uit de lucht wordt onttrokken, probeerden ze 60 spinaziezaadjes te bewateren die in een plastic kweekbak waren geplant. In de loop van het experiment genereerde het zonnepaneel – dat ongeveer even groot is als een bureau – in totaal 1.519 wattuur aan elektriciteit. Daarnaast werd er in totaal, gedurende de periode van twee weken, ongeveer twee liter water uit de hydrogel gecondenseerd.

Op deze foto zijn de zonnepanelen te zien die zijn aangesloten op een plantenbak waar 60 waterspinaziezaden ontkiemen. Afbeelding: Renyuan Li

De onderzoekers konden hun geluk niet op. Want tot hun grote vreugde zagen ze dat 57 van de 60 spinaziezaadjes ontsproten. Ze werden zelfs zo’n 18 centimeter lang.

Enthousiast
“We waren om twee redenen heel enthousiast over de gezonde groei van de spinazie,” vertelt Peng. “Ten eerste voerden we onze experimenten uit tijdens de zomer in Saoedi-Arabië, wanneer het er heel warm is. Ten tweede ontsproten de spinaziezaden en schoten ze omhoog. En dat enkel en alleen op basis van het water dat geproduceerd werd uit de damp in de lucht. Dit was belangrijk omdat het de haalbaarheid van het concept van ons ontwerp aantoonde.”

Oplossing
Volgens de onderzoeker heeft WEC2P zich meer dan bewezen. “WEC2P produceert zonne-elektriciteit, genereert water uit de lucht en kan gewassen verbouwen,” somt Peng op. “En dat volledig op schone energie. Het is daarom bijzonder geschikt om kleine gemeenschappen, die in afgelegen gebieden wonen en slechts een beperkte toegang hebben tot conventionele waterbronnen, te ondersteunen.” Volgens Peng is WEC2P een duurzame en goedkope manier om mensen die in dorre woestijngebieden leven in voldoende voedsel en water te voorzien.

Werk aan de winkel
Ondanks de veelbelovende resultaten, is er nog wel genoeg werk aan de winkel. “WEC2P staat nog in de kinderschoenen,” stelt Peng. “De afmetingen van de prototypes zijn ongeveer 0,6×0,3 m2. Bovendien willen we de prestaties van het systeem verder verbeteren terwijl we het tegelijkertijd geleidelijk en economisch opschalen. Ons team werkt momenteel hard om het systeem verder te optimaliseren.”

Het betekent dat het nog wel even kan duren voordat WEC2P daadwerkelijk op de markt verschijnt. “We kijken ernaar uit om samen te werken met potentiële industriële partners om dit proces te versnellen,” zegt Peng. Maar veelbelovend is de vernuftige uitvinding zeker. “We bewijzen voor het eerst het succes van een geïntegreerd water-elektriciteit-gewas-systeem,” zegt hij. “Het systeem is zeer energiezuinig en wordt volledig aangedreven door zonne-energie. Het brengt dan ook de Duurzame Ontwikkelingsdoelstellingen die door de Verenigde Naties zijn opgesteld en waarin staat dat iedereen op aarde toegang moet hebben tot schoon water en betaalbare schone energie, weer een stap dichterbij.”