Woensdag 06/07/2022

NieuwsWater en voeding in Sahara

Gewassen groeien midden in de woestijn? Het kan. Met een slim systeem dat water uit de lucht haalt

Schematische weergave van een broeikas die water krijgt van zonnepalen. Beeld  RENYUAN LI
Schematische weergave van een broeikas die water krijgt van zonnepalen.Beeld RENYUAN LI

Een ingenieus systeem van zonnepanelen trekt zoveel vocht uit de lucht dat gewassen erop groeien. En dat nog wel midden in de woestijn. Hoe kan dat?

Joep Engels

Energie, schoon drinkwater en voeding. Het zijn drie basisbehoeften waar volgens de doelstellingen van de Verenigde Naties elke mens recht op heeft. In 2030 zouden die doelen moeten zijn bereikt, maar zover is het nog lang niet. Naar schatting twee miljard mensen beschikken niet over veilig drinkwater, 800 miljoen mensen moeten het zonder elektriciteit stellen en 700 miljoen mensen lijden constant honger. Deze mensen leven veelal op het platteland in Afrika of Zuidoost-Azië, waar het klimaat vaak droog is en centrale voorzieningen ontbreken.

Het water zelf hoeft het probleem niet te zijn. De atmosfeer bevat naar schatting 13 biljoen ton water. Een studie in vakblad Nature toonde vorig jaar aan dat het doenlijk is om met zonne-energie zoveel water uit de lucht te halen dat twee miljard mensen elk dagelijks vijf liter kunnen krijgen. Voorwaarde was wel dat de zon voldoende schijnt en de lucht niet al te droog is. Woestijnbewoners hebben daar dus niet zo veel aan.

Drinkbaar

Een groep van voornamelijk Chinese onderzoekers van de King Abdullah-universiteit in Saudi-Arabië werkt al jaren aan systemen om mensen in arme, droge streken van elektriciteit en water te voorzien. Twee jaar geleden presenteerden ze een apparaat waarmee ze vervuild of zout water drinkbaar konden maken. Ook dat systeem werkte op zonne-energie, maar de elektriciteit die met de zonnepanelen werd opgewekt, hoefde er niet voor te worden ingezet.

Tussen de 80 à 90 procent van de zonne-energie gaat immers op aan warmte. De onderzoekers leidden het vervuilde water met een systeem van verschillende lagen langs de panelen, waar het door die restwarmte verdampte. De waterdamp condenseerde elders in het apparaat, gaf daarbij ook zijn warmte af die dan weer – heel efficiënt – in de volgende laag werd ingezet om nog meer vervuild water te verdampen. Met een standaard zonnepaneel verkregen de onderzoekers zo een paar liter zuiver water per uur.

De waterzuivering ging niet ten koste van de elektriciteitsproductie. Sterker nog, doordat de panelen door het proces van verdamping werden gekoeld, presteerden ze zelfs beter. Ze leverden zo’n 10 procent extra stroom.

Maar nog steeds gold: in de woestijn is ook vervuild water een zeldzaamheid.

Geen sinecure

Dezelfde onderzoekers hebben nu een systeem bedacht waarmee ze dat water alsnog uit de woestijnlucht halen. Dat was geen sinecure. In een woestijn is de relatieve luchtvochtigheid soms minder dan 10 procent. Overdag dan. ’s Nachts, als het afkoelt, kan de vochtigheid oplopen tot 50 procent. Maar ja, dan schijnt de zon niet en heb je niet de energie om het vocht te condenseren.

Er moest een list aan te pas komen. De onderzoekers ontwierpen een waterabsorberende hydrogel – een materiaal dat onder andere wordt gebruikt in wegwerpluiers. Ze bevestigden een laag van die gel aan de onderkant van hun zonnepaneel en hingen het geheel boven een bak. ’s Nachts stond de bak open zodat er koude lucht kon binnendringen waar de gel vocht aan onttrok. Overdag ging de bak dicht en kwamen de zonnepanelen tot leven. De gel werd door de restwarmte verhit en was zo ontworpen dat het vocht door de warmte weer vrijkwam. En zo druppelde er zuiver drinkwater uit de woestijnlucht in de bak. Terwijl de panelen ook hier 10 procent meer rendement gaven.

Om te laten zien wat je daar allemaal mee kunt, bouwden de onderzoekers er een broeikasje omheen. Daar stopten ze zestig zaadjes in van de waterspinazie, een Aziatische groente. Het geheel stond enkele weken in de smorende hitte van de Arabische woestijn. Buiten was het meer dan 40 graden, binnen in de kas liep het kwik op tot 70 graden.

Maar de waterspinazie deed het, schreven de onderzoekers vorige week in het vakblad Cell Reports. Het systeem produceerde in die twee weken twee liter water en dat bleek genoeg om 57 zaadjes tot een plantje van 18 centimeter te laten uitgroeien. Wat normaal is voor waterspinazie. Het systeem had daarnaast 1,5 kilowattuur aan elektriciteit geproduceerd.

Dat is niet heel veel, maar het is dan ook een proefversie, laat hoofdonderzoeker Peng Wang weten. “We hebben laten zien dat we met dit systeem tegelijkertijd elektriciteit kunnen opwekken, drinkwater produceren én een gewas laten groeien. We gaan het nu optimaliseren en opschalen. Dat wil zeggen, de componenten beter op elkaar afstemmen en zoeken naar betere materialen. De gel deed het bijvoorbeeld na twee weken al niet zo goed meer doordat er woestijnzand in was gekropen.”

Stijver

Dat is inherent aan het gebruik van hydrogel, reageert Thomas Kodger, polymeerchemicus aan de universiteit van Wageningen. “Dat is bedoeld om vocht aan te trekken, maar daardoor blijft ook het woestijnstof eraan plakken. Dat effect kun je verminderen door de gel wat stijver te maken, maar dan trekt die ook minder vocht aan.”

Het lastige van dit systeem is volgens hem dat de onderdelen bij elkaar een complex geheel vormen. “Zonnecellen, een hydrogel, een broeikas. En dat moet op een geïsoleerde plaats in de woestijn functioneren.” Neem de combinatie van zonnepanelen met het vocht uit de gel. “Daardoor kan er snel corrosie ontstaan. Een laag van polyethyleen op de panelen moet dat voorkomen. Maar dat laagje is ook een goede isolator, waardoor de panelen hun warmte niet goed afgeven. Daar heeft de groep een compromis moeten zoeken.”

Het neemt niet weg dat Kodger het een prikkelend ontwerp vindt. “De combinatie van zonnecellen met waterzuivering is nieuw, volgens mij. Je hoeft het niet in de woestijn toe te passen, het kan ook hier in de glastuinbouw.”

Hij is benieuwd wat ze ermee van plan zijn. “Het lijkt erop dat ze met hun publicatie een bedrijf zoeken waaraan ze het concept kunnen verkopen. Of waarmee ze het kunnen professionaliseren.”

Zoiets heeft Wang inderdaad op het oog. De proefversie moet worden omgebouwd tot een apparaat dat duurzaam is – ook in een woestijn – en betaalbaar voor de lokale bevolking. Wang: “We hebben eens uitgerekend dat wereldwijd mensen samen elke dag 200 miljoen uur kwijt zijn om water uit verre bronnen aan te slepen. Zonder garantie dat het veilig is. Met dit systeem kan iedereen straks beschikken over schoon drinkwater, een eigen voedselvoorziening én een verlicht huis.”

Dat duurt nog even, geeft hij toe. Ook het systeem om water te zuiveren is de proeffase nog niet ontstegen.

Meer over

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234