Z plastikowych śmieci zrobiono gąbkę, która łapie wodę z suchego powietrza

Stare płyty CD, opakowania z polistyrenu i klocki LEGO mają ze sobą więcej wspólnego, niż widać na pierwszy rzut oka. Wszystkie są zrobione z tworzyw, w których cząsteczkach powtarzają się pierścienie z sześciu atomów węgla. Chemicy z Uniwersytetu Wiedeńskiego wykorzystali właśnie te pierścienie. Zamienili kilka rodzajów plastikowych odpadów w porowate „gąbki”, które wyciągają wodę z powietrza, a po lekkim ogrzaniu, choćby słońcem, oddają ją z powrotem.

Praca „Upcycling waste aromatic polymers as adsorbents for atmospheric water harvesting” ukazała się 14 października 2026 roku w czasopiśmie „Chem Circularity” jako artykuł w otwartym dostępie. Autorami są Anastasiia Naryshkina, Paul Schweng i Robert T. Woodward. Tego samego dnia uczelnia rozesłała komunikat prasowy. W tym tekście rozbieramy ten pomysł na części: z czego powstaje gąbka, co dzieje się z nią w środku, ile wody naprawdę łapie i czego jeszcze brakuje, żeby trafiła poza laboratorium.

Dwa problemy w jednym słoiku

Zespół zaczyna od prostego zestawienia. Świat ma za dużo plastiku i za mało czystej wody. Według raportu OECD z 2022 roku do recyklingu trafia tylko około 9 procent plastikowych odpadów. Reszta ląduje na wysypiskach, w spalarniach albo w środowisku. Jednocześnie coraz więcej regionów cierpi na niedobór wody pitnej, także w Europie.

Woda w powietrzu jest zawsze, nawet nad pustynią. Pozyskiwanie jej z atmosfery to od lat aktywna dziedzina badań. Jedna z dróg polega na tym, że materiał chłonny najpierw wiąże parę wodną, a potem, po podgrzaniu, ją uwalnia. Wtedy wystarczy ją skroplić i zebrać. Taki układ nie potrzebuje sieci wodociągowej ani dużej elektrowni. Może więc służyć jako dodatkowe, lokalne źródło wody tam, gdzie zwykłych źródeł brakuje.

Dobry materiał do tej pracy musi spełniać trzy warunki. Musi przyciągać parę wodną także z suchego powietrza. Musi pomieścić dużo wody w stosunku do własnej masy. I musi wytrzymać wiele cykli łapania i oddawania wody bez utraty sprawności. Wiedeńczycy zapytali, czy taki materiał da się zrobić z czegoś, co i tak trafia do kosza.

Anatomia gąbki, krok pierwszy: pierścienie jako punkty zaczepienia

Polistyren, poliwęglan i ABS należą do tak zwanych polimerów aromatycznych. Słowo „aromatyczny” nie ma tu nic wspólnego z zapachem. Chemicy nazywają tak związki, w których występują płaskie pierścienie z sześciu atomów węgla, takie jak w benzenie. W polistyrenie taki pierścień wisi przy każdym ogniwie łańcucha.

Te pierścienie są wygodnym miejscem do przyłączania nowych wiązań. Zespół wykorzystał je do tak zwanego hipersieciowania. W tym procesie długie łańcuchy polimeru zostają ze sobą gęsto zszyte w wielu punktach. Powstaje sztywna, trójwymiarowa sieć. Łańcuchy nie mogą się już ułożyć ciasno obok siebie, więc między nimi zostają drobne puste przestrzenie, czyli pory. Takie materiały mają zwykle dużą powierzchnię wewnętrzną, choć z zewnątrz wyglądają jak zwykły proszek.

Ważne jest to, czego tu nie ma. Plastiku nie rozkłada się najpierw na pojedyncze cząsteczki, z których kiedyś go zrobiono. To odróżnia tę drogę od recyklingu chemicznego, który zwykle zaczyna od depolimeryzacji. Wiedeński zespół bierze gotowe łańcuchy i tylko je przebudowuje. Autorzy piszą o „drugim życiu” tworzywa bez cofania się do surowca.

Krok drugi: kwasowe magnesy na wodę

Sama porowata sieć z polistyrenu wodę raczej odpycha. Plastik jest z natury hydrofobowy, dlatego kubek po kawie nie nasiąka. Żeby gąbka zaczęła pić, trzeba zmienić jej chemię.

Tu wkracza drugi etap, sulfonowanie. Materiał poddaje się działaniu kwasu siarkowego, który dołącza do pierścieni grupy sulfonowe. To te same grupy, które pracują w żywicach jonowymiennych i w niektórych membranach. Silnie przyciągają cząsteczki wody i wiążą je nawet wtedy, gdy w powietrzu jest jej niewiele. Po tej obróbce hydrofobowy plastik zamienia się w materiał, który chętnie wiąże parę wodną.

Pory zapewniają miejsce, a grupy sulfonowe zapewniają przyciąganie. Dopiero razem dają sorbent, czyli materiał, który wiąże wodę na swojej powierzchni i w porach, a potem potrafi ją oddać.

Krok trzeci: z czego to zrobiono

Badacze nie pracowali na czystym polistyrenie z katalogu odczynników. Wzięli prawdziwe odpady. Były wśród nich różne opakowania z polistyrenu, stare płyty CD z poliwęglanu i klocki LEGO z ABS, czyli kopolimeru akrylonitrylu, butadienu i styrenu. Każdy z tych materiałów udało się zamienić w sorbent wody.

Najdokładniej opisany wynik dotyczy pudełka po płycie CD. Takie pudełko robi się z polistyrenu ogólnego przeznaczenia, tego samego, z którego produkuje się jednorazowe sztućce. Gąbka z tego pudełka w temperaturze 25 stopni i przy względnej wilgotności 30 procent wiąże 0,19 grama wody na każdy gram materiału. Przy wilgotności 90 procent jest to 0,57 grama, czyli prawie 60 procent własnej masy. Właśnie ten wynik, około 20 procent własnej masy, komunikat uczelni opisuje jako pomiar w suchych warunkach, zbliżonych do pustynnych.

Drugi ważny wynik dotyczy mieszanki. Zespół przetworzył razem odpady z polistyrenu i poliwęglanu i również dostał działający sorbent. To ma znaczenie praktyczne. Sortowanie plastiku jest drogie i często decyduje o tym, czy recykling w ogóle się opłaca. Autorzy zauważają, że skoro metoda znosi mieszaninę, w zgodnych ze sobą strumieniach odpadów sortowania mogłoby być mniej.

Krok czwarty: oddech gąbki

Woda złapana w gąbce nikomu się nie przyda, dopóki z niej nie wyjdzie. Zespół sprawdzał więc pełen cykl. Najpierw materiał wiąże wodę z wilgotnego powietrza. Potem jest ogrzewany, a para wodna ucieka z porów i można ją skroplić. Taki sposób pracy nazywa się cyklem termicznym. Do uwolnienia wody wystarcza umiarkowane ciepło, na przykład ze słońca.

Według komunikatu większość wiązania i oddawania wody zachodzi w ciągu mniej więcej godziny. To ważne, bo o tym, ile wody urządzenie da w ciągu doby, decyduje nie tylko pojemność materiału, ale też to, jak szybko można go „przepłukać” i napełnić ponownie. Gąbka z pudełka po CD przeszła co najmniej 20 takich cykli bez spadku osiągów.

Dla wyobraźni: przy wilgotności 30 procent kilogram tego materiału zwiąże w jednym cyklu około 190 gramów wody. To prosty rachunek z wyników pomiaru, a nie wydajność gotowego urządzenia. W prawdziwym aparacie część wody zostanie w porach, część ucieknie przy skraplaniu, a liczba cykli na dobę zależy od pogody i konstrukcji.

Skąd ten zespół to wie

Grupa Woodwarda nie zaczyna od zera. W 2023 roku w czasopiśmie „Small” opisała tani, sulfonowany polimer hipersieciowany, który wiązał wodę z powietrza o wilgotności nawet 10 procent. Zbudowała też własny aparat do pozyskiwania wody i pokazała, że materiał oddaje ją pod wpływem sztucznego światła słonecznego.

W 2026 roku w „Nanoscale” ten sam zespół sprawdzał, jak różne atomy w szkielecie takich polimerów zmieniają chłonność. Wniosek był jasny: kluczowe są grupy sulfonowe, bo to one przesuwają wiązanie wody w stronę suchego powietrza. Z kolei w „Carbon” grupa opisała sulfonowane węgle aktywne. Najlepsze z nich wiązały 0,28 grama wody na gram przy wilgotności 30 procent. Zespół wyprodukował ich 1,6 kilograma i sprawdził je w długotrwałych cyklach w urządzeniu.

Na tym tle wynik z odpadów nie jest rekordem. Gąbka z pudełka po CD wiąże przy 30 procentach wilgotności mniej wody niż węgiel z tej samej pracowni. Jej przewagą jest surowiec. Węgiel aktywny trzeba kupić, a pudełko po płycie leży w szufladzie albo na wysypisku.

Dlaczego w ogóle o tym mówimy

Pozyskiwanie wody z powietrza zyskało rozgłos dzięki materiałom MOF, czyli metaloorganicznym sieciom krystalicznym. W 2017 roku zespół Omara Yaghiego opisał w „Science” urządzenie z MOF, które pozyskiwało wodę z powietrza dzięki samemu światłu słonecznemu. Yaghi dostał w 2025 roku Nagrodę Nobla z chemii za rozwój tych materiałów, razem z Susumu Kitagawą i Richardem Robsonem.

MOF są świetne, ale wymagają często drogich związków organicznych i metali oraz starannej syntezy. Polimery z odpadów idą w przeciwną stronę. Nie wygrywają osiągami, za to biorą tani i powszechnie dostępny surowiec, który i tak trzeba zagospodarować. W takiej technologii o sukcesie zwykle decyduje koszt litra wody, a nie rekord w tabeli.

Co z tego może mieć Polska

Polska należy do krajów Unii z najmniejszymi zasobami wody słodkiej w przeliczeniu na mieszkańca. Susze rolnicze wracają tu coraz częściej. Mało prawdopodobne, by woda z powietrza zastąpiła u nas wodociągi. Lokalne, niezależne od sieci źródła mogą się jednak przydać w rolnictwie, na budowach, w schroniskach górskich albo jako zapas na wypadek awarii.

Drugi wątek to odpady. Polska ma rozwinięty przemysł przetwórstwa tworzyw i duży strumień opakowań z polistyrenu. Styropian, czyli spieniony polistyren, jest w budownictwie wszechobecny. Wiedeńska praca mówi o opakowaniach z polistyrenu, ale komunikat nie podaje, czy wśród nich był styropian. Zanim ktoś zacznie liczyć zyski z płyt ociepleniowych, trzeba by to osobno sprawdzić.

Dla polskich firm recyklingowych ciekawe jest jedno: zamiast walczyć o każdy grosz przy sprzedaży przemiału, można szukać produktów o wyższej wartości. Sorbent do wody jest właśnie takim produktem. Na razie to jednak kierunek badań, a nie gotowy model biznesowy.

Czego ta praca nie obiecuje

Autorzy sami wymieniają, czego brakuje. Odpady z różnych źródeł różnią się składem, dodatkami i barwnikami, więc trzeba sprawdzić, jak to wpływa na gąbkę. Proces używa odczynników i rozpuszczalników, które w większej skali trzeba by odzyskiwać. Nie ma jeszcze rachunku kosztów produkcji ani oceny wpływu na środowisko w całym cyklu życia. Materiał trzeba też wbudować w działające urządzenie i sprawdzić jego trwałość znacznie dłużej niż przez 20 cykli.

Jest też pytanie o samą wodę. Praca dotyczy wiązania i oddawania pary wodnej. Streszczenie i komunikat nie mówią, czy skroplona woda nadaje się do picia bez dodatkowego uzdatniania. To standardowe pytanie dla każdego sorbentu z grupami kwasowymi i trzeba będzie na nie odpowiedzieć przed wdrożeniem.

Wreszcie skala. Nawet najlepszy sorbent daje wodę w ilościach liczonych na kilogram materiału i cykl. Takie urządzenia mają sens jako uzupełnienie, a nie jako zamiennik ujęć wody. W dostępnych materiałach nie ma też informacji o spin-offie ani zgłoszeniu patentowym.

Dojrzałość: TRL 3

Na skali gotowości technologii to TRL 3. Zespół pokazał w laboratorium, że kilka rodzajów prawdziwych odpadów da się zamienić w sorbent, zmierzył jego chłonność i powtórzył co najmniej 20 cykli. Wcześniejsze prace tej samej grupy obejmowały już własny aparat i produkcję innego sorbentu w skali kilograma, co skraca drogę do prototypu. Gąbka z plastiku nie ma jednak jeszcze własnego urządzenia, testów długoterminowych ani analizy kosztów. Następne kroki autorzy widzą właśnie w badaniu różnorodnych odpadów, odzysku odczynników, kosztach i trwałości.

Bibliografia

Naryshkina A., Schweng P., Woodward R. T. Upcycling waste aromatic polymers as adsorbents for atmospheric water harvesting. Chem Circularity (2026), 100175. DOI: 10.1016/j.checir.2026.100175
Schweng P., Mayer F., Galehdari D., Weiland K. i in. A Robust and Low-Cost Sulfonated Hypercrosslinked Polymer for Atmospheric Water Harvesting. Small (2023). DOI: 10.1002/smll.202304562
Schweng P., Pammer F., Woodward R. T. Elucidating the role of heteroatoms in hypercrosslinked polymer adsorbents for atmospheric water harvesting. Nanoscale (2026). DOI: 10.1039/D5NR04338G
Schweng P., Naryshkina A., Glabonjat R. A., Woodward R. T. Scalable sulfonated activated carbons as high-capacity sorbents for atmospheric water harvesting. Carbon 247 (2026), 120964. DOI: 10.1016/j.carbon.2025.120964
Kim H., Yang S., Rao S. R., Narayanan S. i in. Water harvesting from air with metal-organic frameworks powered by natural sunlight. Science 356 (2017). DOI: 10.1126/science.aam8743
OECD. Global Plastics Outlook: Economic Drivers, Environmental Impacts and Policy Options (2022). DOI: 10.1787/de747aef-en
University of Vienna / Phys.org. Waste plastics become molecular sponges that capture water from air (14.10.2026).