Вчені розробили пристрій, який збирає воду з атмосфери

Дослідники з Університету Юти представили компактний пристрій для збору атмосферної води, який ефективно витягує воду з повітря за допомогою паливного процесу, обіцяючи подолати глобальний дефіцит води.

Атмосфера Землі містить величезну кількість води, якої достатньо, щоб заповнити Велике Солоне озеро Юти у 800 разів. Вилучення частини цієї вологи вважається перспективним рішенням для забезпечення чистою питною водою мільярдів людей у ​​всьому світі, які стикаються з хронічною нестачею.

Існуючі технології збору атмосферної води (AWH) обтяжені численними недоліками, пов’язаними з розміром, вартістю та ефективністю. Проте нове дослідження інженерів Університету Юти привело до висновків, які можуть підвищити ефективність і наблизити світ на крок ближче до використання повітря як джерела кулінарної води в посушливих місцях.

Дослідження представляє перший у своєму роді компактний пристрій AWH зі швидким циклом, що працює на паливі. За словами Саміра Рао, старшого автора дослідження, опублікованого в журналі Cell Reports Physical Science, цей двоетапний прототип заснований на адсорбуючих матеріалах, які витягують молекули води з невологого повітря, а потім застосовують тепло, щоб вивільнити ці молекули в рідку форму. та доцент кафедри машинобудування.

«Гігроскопічні матеріали за своєю суттю мають спорідненість до води. Вони вбирають воду, куди б ви не пішли. Одним із найкращих прикладів є речі всередині підгузків», — сказав Рао, який є батьком немовляти. «Ми працюємо з певним типом гігроскопічного матеріалу, який називається металоорганічний каркас».

Рао порівняв металоорганічні каркаси з кубиками Lego, які можна переставляти, щоб будувати всілякі конструкції. У цьому випадку вони розташовані так, щоб створити молекулу, ідеальну для відділення газу.

«Вони можуть зробити так, щоб адсорбувати водяну пару з повітря і нічого більше. Вони дійсно вибіркові», — сказав Рао. Цей прототип, розроблений спільно з аспірантом Натаном Ортісом, провідним автором дослідження, використовує фумарат алюмінію, який був сформований у вигляді панелей, які збирають воду під час проходження повітря.

«Самі молекули води потрапляють у пастку на поверхні нашого матеріалу, і це оборотний процес. І тому замість того, щоб укорінитися в сам матеріал, він сидить на стінах», – сказав Ортіс. «Особливість цих абсорбуючих матеріалів полягає в тому, що вони мають просто величезну площу внутрішньої поверхні. Є так багато місць, де молекули води можуть застрягти».

За словами Рао, лише грам цього матеріалу займає стільки ж поверхні, скільки два футбольних поля. Тож лише невелика кількість матеріалу може вловити багато води.

Технологічні деталі та військове застосування

«Вся ця поверхня знаходиться в молекулярному масштабі», — сказав Рао. «І це чудово для нас, тому що ми хочемо вловлювати водяну пару на цій поверхні всередині пор цього матеріалу».

Фінансування дослідження надійшло від DEVCOM Soldier Center, програми, яку проводить Міністерство оборони для сприяння передачі технологій, які підтримують модернізацію армії. Інтерес армії до проекту випливає з необхідності підтримувати гідратацію солдатів під час роботи у віддалених районах з невеликою кількістю джерел води.

«Ми спеціально розглядали це для оборонних застосувань, щоб солдати мали невеликий компактний пристрій для генерації води, і їм не потрібно було тягати за собою велику їдальню, наповнену водою», — сказав Рао. «Це буквально вироблятиме воду на вимогу».

Рао та Ортіс подали заявку на попередній патент, заснований на технології, яка також стосується невійськових потреб.

«Коли ми розробляли систему, я думаю, що ми також мали перспективу ширшої проблеми води. Це питання не лише оборони, це значною мірою цивільне питання», – сказав Рао. «Ми думаємо про споживання води домогосподарством для питної води на день. Це приблизно 15-20 літрів на день».

У цьому підтвердженні концепції прототип досяг своєї мети виробляти 5 літрів води на день на кілограм адсорбуючого матеріалу. За словами Ортіса, за три дні роботи в полі цей пристрій перевершить пакувальну воду.

На другому етапі пристрою вода осаджується в рідину шляхом нагрівання за допомогою стандартної армійської печі для кемпінгу. Це працює через екзотермічний характер процесу збору води.

«Коли він збирає воду, він виділяє трохи тепла. А потім, щоб змінити це, ми додаємо тепло», — сказав Ортіс. «Ми просто поставили вогонь прямо тут, будь-що, щоб підвищити цю температуру. І тоді, коли ми підвищуємо температуру, ми швидко вивільняємо молекули води. Коли ми маємо дійсно вологий повітряний потік, це значно полегшує конденсацію за температури навколишнього середовища».

Зароджуються технології збору атмосферної води, які легше реалізувати, коли повітря вологе, але жодна з них не призвела до створення обладнання, яке можна було б практично використовувати в посушливих середовищах. Ортіс вважає, що його пристрій може стати першим, головним чином тому, що він живиться енергоємним паливом, таким як білий бензин, який використовується в кемпінгових печах.

Команда вирішила не використовувати фотовольтаїку.

«Якщо ви покладаєтеся на сонячні батареї, ви обмежені роботою вдень або вам потрібні батареї, які просто мають більшу вагу. Ви продовжуєте складати завдання. Просто він займає так багато місця», — сказав Ортіс. «Ця технологія найкраща в посушливих умовах, тоді як охолодження найкраще в умовах високої вологості».