空気中から水を吸収できる「超スポンジ土壌」、昼夜の気温差を利用して水やりも全自動

 

空気中から水を吸収できる土壌
空気中から水を吸収できる土壌 / Credit: Guihua Yu

アメリカ・テキサス大学オースティン校の材料科学者グイウワ・ユウ氏ら研究チームが10月1日付けの科学誌『ACS Materials Letters』で発表した研究は、現在世界が抱えている干ばつや砂漠化の問題を解決するかもしれません。

彼らが開発した新しい土壌には超吸湿性ゲルが含まれており、空気中から水分を吸収できます。そのため水供給の少ない乾燥地域でも植物を育てられるのです。

>参照元はこちら(英文)

超吸湿性ゲルの研究

今回のユウ氏らの新しい成果は、2年以上前から続く研究の応用になります。

彼らはもともと大量の水分を保持できるスーパースポンジの開発に取り組んでいました。

実際、2019年1月には大気から水分を収集して淡水を生成する「超吸湿性ゲル」の開発に成功。この材料は「高い吸水性」と「加熱で水を放出する性質」の両方を備えています。

そのため野外に放置するだけで水を集めゲル内に保持し、日にさらすことで集めた水を簡単に放出できるのです。

当時の研究では、ゲル1キロあたり最大50リットルの水を毎日生産できると報告されており、清潔な水供給の手段として注目されてきました。

空気中から水を吸収するゲル土壌を開発

今回新しく発表された「空気中から水を吸収できる土壌」は超吸湿性ゲルを利用したものです。

土壌には超吸湿性ゲルが含まれているため、自然と空気中から水を吸収し、温度上昇によって放出します。

そしてこの吸収と放出のサイクルは、1日の温度差によって自然と行われるとのこと。

夜間に水分を吸収し、昼間に放出する
夜間に水分を吸収し、昼間に放出する / Credit: Guihua Yu

夜間は冷涼で湿度が高いため水を蓄えやすく、日中は太陽熱によりゲルが活性化されることで水が土壌に放出されるのです。

さらに放出された水分の一部は空気中に還元されるため、湿度も上昇。これにより、植物成長のためのスムーズな水循環サイクルが確立されるでしょう。

また研究チームの報告によると、この新しい土壌は1グラムあたり約3~4グラムの水を抽出できるとのこと。作物にもよりますが、約0.1~1キログラムの土壌から、1平方メートルの農地を潤すのに十分な水を供給できます。

実際、実験によると、乾燥地域でよくみられる砂質土壌が1週間後に最初の20%分の水しか保持していなかったのに対し、ゲル土壌は4週間後でも40%の水を保持していました。

また別の実験では、砂質土壌とゲル土壌に大根を植えて経過を観察。

ゲル土壌は水分を長期間保持し、植物の成長を助ける
ゲル土壌は水分を長期間保持し、植物の成長を助ける / Credit: Guihua Yu

その結果、砂質土壌の大根は給水期間後、2日以上生き残ることはありませんでしたが、ゲル土壌の大根は14日間も生き延びました。

このようにゲル土壌を活用するなら、乾燥地域でも植物を育てることができます。これは世界中の乾燥地帯を救うものとなるかもしれません。

今後研究チームは、超吸湿性ゲルを、飲料水システムやソーラーパネル冷却などの他のアプリケーションに利用できるか考慮していく予定です。

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