В последние годы засухи стали заголовками во всем мире, от калифорнийского водного кризиса до острой нехватки воды в Кейптауне, и исследования показывают, что 25 процентов земного шара в конечном итоге могут остаться в состоянии постоянной засухи из-за изменения климата. Но что, если бы вы могли просто вытянуть воду из воздуха?
Это предпосылка новой технологии, разработанной исследователями из Калифорнийского университета в Беркли. Это сборщик воды, который может извлекать воду из воздуха даже в очень сухом климате, не используя никакой энергии, кроме окружающего солнечного света.
Ключом к уборщику воды является новый класс материалов, называемый металлоорганическими каркасами (MOF). Эти MOF представляют собой твердые, но пористые материалы с огромными площадями поверхности - MOF размером с кубик сахара может иметь площадь внутренней поверхности, равную многим футбольным полям. Это означает, что они могут поглощать газы и жидкости, а затем быстро высвобождать их при добавлении тепла.
«Некоторые MOF, как мы показали здесь, обладают исключительной способностью всасывать водяной пар из атмосферы, но в то же время не слишком сильно удерживают молекулы воды в своих порах, чтобы было легко вытянуть воду, ”Говорит Омар Яги, профессор химии в Беркли, который руководил исследованиями.
Исследователи проверили комбайн в Скоттсдейле, штат Аризона, в пустынном городе с высокой влажностью 40% ночью и 8% днем. Исследователи полагают, что, основываясь на исследованиях с использованием MOF на основе циркония, комбайн может в конечном итоге извлечь около 3 унций воды на фунт MOF в день.
Сам комбайн представляет собой коробку внутри коробки. Внутренняя коробка содержит кровать MOF. Внешняя коробка представляет собой двухфутовый прозрачный пластиковый куб. Ночью исследователи оставили верхнюю часть внешней коробки, чтобы позволить воздуху проходить мимо MOF. Днем они надевают верхнюю часть, чтобы коробка нагревалась солнцем. Тепло вытянет воду из MOF, где она будет конденсироваться на внутренних стенках пластикового куба, прежде чем капать на дно, где она может быть собрана.
«Самым важным аспектом этой технологии является то, что она полностью энергосберегающая», - говорит Евгений Капустин, аспирант из Беркли, который работал над исследованием.
То есть ему не нужна энергия, кроме солнца, что делает его экологически чистым и доступным для людей в местах с ограниченным количеством электроэнергии. Результаты испытаний были опубликованы ранее в этом месяце в журнале Science Advances .
Команда должна провести больше испытаний на текущих моделях, чтобы выяснить, какие факторы, такие как размер устройства и место MOF внутри устройства, больше всего влияют на то, сколько воды можно собрать. Они также надеются узнать больше о том, как конкретные климатические условия влияют на урожайность воды. Следующее испытание запланировано на конец лета в Долине Смерти, где влажность в ночное время может достигать 25 процентов.
Микроскопическое изображение кристаллов MOF (UC Berkeley) Яги также разработал новый MOF на основе алюминия, который, по его словам, в 150 раз дешевле и может собирать вдвое больше воды, чем нынешние MOF. Он и его команда разрабатывают новый харвестер, который активно втягивает воздух в MOF с высокой скоростью, обеспечивая тем самым значительно больший объем воды.
В настоящее время команда сотрудничает с промышленностью для тестирования комбайнов в промышленных масштабах. Они также продолжают искать новые, лучшие и более дешевые МФ.
«Я очень рад видеть, что все больше и больше исследователей во всем мире присоединяются к нашим усилиям в этом направлении», - говорит Яги.
Идея высасывать воду из атмосферы не нова, говорит Эрик Хук, профессор инженерного дела в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе и редактор журнала npj Clean Water . Давно замечено, что когда вы запускаете кондиционер, вода капает - это происходит потому, что машина охлаждает воздух до точки росы, при которой воздух насыщается водяным паром и происходит конденсация.
Но создание харвестеров на основе технологии охлаждения невероятно энергоемко. В очень сухом климате точка росы ниже нуля. Охлаждать воздух до этой температуры в любом крупном масштабе невозможно.
«Настоящая инновация [исследований Яги] - это инновация в области материалов», - говорит Хук. «Эти материалы [МФ] вытягивают воду и легче отдают ее».
Но концепция масштабируется, предупреждает Хук, поскольку количество воды, добываемое на квадратный дюйм комбайна, относительно мало, и, следовательно, большой комбайн потенциально может занять огромное количество земли.
«Но, может быть, для дома или в деревне это может быть очень интересным способом для кого-то за пределами сети получить свежую воду», - говорит Хук.
Яги представляет себе именно это: будущее, где у каждого, у кого нет свободного доступа к пресной воде, есть жатка во дворе.
«Мое видение состоит в том, чтобы добиться« персонализированной воды », когда люди в регионах, испытывающих водные нагрузки, имеют дома устройства, работающие на окружающей солнечной энергии, которые доставляют воду, которая удовлетворяет основные потребности людей», - говорит он. «Более трети населения мира живет в регионах с дефицитом воды или страдает от нехватки чистой воды. Потенциальные последствия этой технологии в преобразовании жизни людей и улучшении состояния общественного здравоохранения в мире огромны ».
