Using Soil and Other Accessible Resources for the Remineralization of Water from Sorbent-Based Atmospheric Harvesting Systems

La pénurie d'eau est un problème mondial croissant, intensifié par le changement climatique et les inégalités persistantes dans l'accès à la qualité de l'eau potable. La collecte atmosphérique de l'eau (AWH) est apparue comme une alternative prometteuse, en particulier dans les régions confrontées à des pénuries d'eau. Parmi les méthodes de collecte, les éponges nanoporeuses (NPS), qui sont des matériaux à base de carbone dérivés de précurseurs peu coûteux, se révèlent très efficaces pour capturer l'eau de l'AWH. Cependant, l'eau obtenue grâce aux technologies AWH basées sur les sorbants manque souvent de minéraux essentiels. Selon les directives de l'Organisation mondiale de la santé (OMS), les minéraux tels que le calcium et le magnésium sont essentiels non seulement pour la santé humaine, mais aussi pour améliorer le goût de l'eau. Bien qu'il existe des méthodes de minéralisation conventionnelles comme Calcite, Corosex™ ou même des filtres minéralisateurs disponibles sur le marché, ce projet propose une stratégie de minéralisation à faible consommation qui exploite des matériaux naturels tels que les sols, les graviers et les sables locaux, afin d'améliorer la teneur en minéraux de l'eau collectée de l'atmosphère. Parmi les matériaux testés, la Terre noire de Charbonneau Floral (dosage de 0,03 g/mL) le et sable de plage rouge de l'Île-du-Prince-Édouard (0,25 g/mL) ont montré un fort potentiel d'amélioration de la dureté, atteignant des concentrations de 182 mg/L et 265 mg/L de CaCO3, respectivement. Une cinétique de libération rapide des ions a été observée, la saturation étant atteinte en 15 minutes. Dans l'ensemble, cette approche contribue au développement de systèmes décentralisés, à faible consommation, pour fournir une eau non seulement accessible mais aussi de qualité et minérale, soulignant la valeur de l'utilisation de matériaux facilement disponibles pour répondre aux besoins humains fondamentaux et renforçant la faisabilité des technologies AWH en tant que solution prometteuse dans les communautés souffrant d'un stress hydrique.

Abstract

Water scarcity is an escalating global issue, intensified by climate change and persistent inequalities in access to quality in drinking water. Atmospheric water harvesting (AWH) has emerged as a promising alternative, especially in regions experiencing water shortages. Among the collection methods, nanoporous sponges (NPS) which are carbon-based materials derived from low-cost precursors, show high efficiency in capturing AWH water. However, water obtained through sorbent-based AWH technologies often lacks essential minerals. According to World Health Organization (WHO) guidelines, minerals like calcium and magnesium are crucial not only for human health but also for improving taste. Although there are conventional mineralization methods such as Calcite, CorosexTM or even mineralizing filters available on the market. This project proposes a low-consumable mineralization strategy that leverages natural material such as local soils, rock, and sands, to enhance the mineral content of AWH water. Of the materials tested, Black Earth soil from Charbonneau Floral (0.03 g/mL) and Red beach sand from Prince Edward Island (0.25 g/mL) showed strong potential for improving hardness, reaching concentrations of 182 mg/L and 265 mg/L CaCO3, respectively. Fast ion release kinetics were observed, with saturation reached within 15 minutes. Overall, this approach contributes to the development of decentralized, low-consumable systems for delivering not only accessible but also quality and mineral, highlighting the value of using readily available materials to address basic human needs and reinforces the feasibility of AWH technologies as a promising solution in water-stressed communities.