Як пустельний спеку допоможе «добути» воду? Технічні подробиці

Раніше про створений вченими дивовижному пристрої, видобувному воду із сухого повітря. І кожному, хто цікавиться новими науковими досягненнями, зрозуміло, хотілося б дізнатися хоча б у загальних рисах, як працює технологія, яка в майбутньому зможе в достатніх обсягах забезпечити видобувається прямо з повітря водою кожен будинок навіть у посушливому та пустельному кліматі і в цьому допоможе викликає посуху спеку.

Збирає воду машина, про яку повідомляється в журналі Science, була сконструйована в Массачусетському технологічному інституті (MIT) з використанням спеціального матеріалу, metal-organic framework (MOF) — «металлоорганической основи», виготовленого Каліфорнійським університетом у Берклі.

І пристрій, яке здійснює цю задачу, буде засновано на спеціальних матеріалах і тій самій спеці, яка і робить пустелю безводній. На минулому тижні був показаний прототип працює завдяки сонячному світлу пристрої, що збирає воду з повітря при 20-процентної вологості, характерною для посушливого клімату.

Один з провідних авторів статті про нову розробку Омар Яхи (Omar Yaghi) зазначає, що це суттєве досягнення, що дозволяє вирішувати задачу, яка довгий час стояла перед людством — добувати воду з повітря при низькій вологості. На даний момент, крім нової розробки, не існує іншого способу зробити це, крім таких методів, які передбачають використання величезного обсягу енергії. У підсумку з використанням такого пристрою вода виходила б занадто дорогою.

Розглянутий прототип при вологості 20-30% здатний за 12 годин добути з повітря 2,8 літра води. Для цього потрібно 1 кілограм матеріалу MOF. Тестування пристрою в Массачусетському технологічному інституті підтвердило, що воно здатне працювати в реальних умовах.

Адже посушливий клімат не передбачає недоліку сонячної енергії, яка і буде використана для забезпечення будинку водою.

Омар Яхи винайшов MOF більше двадцяти років тому, поєднавши такі метали, як магній і алюміній, з органічними молекулами, щоб вийшла міцна, але пориста структура, чудово підходить для зберігання газів і рідин. У тих пір дослідниками по всьому світу було створено понад 20 тисяч різних матеріалів MOF. Деякі з них містять такі хімічні елементи, як водень і метан. Хімічна компанія BASF тестує один з матеріалів MOF Омара Яхи в реальних вантажних автомобілях на газовому паливі.

Інші матеріали MOF здатні збирати вуглекислий газ з відпрацьованих топкових газів, каталізує реакцію абсорбируемых хімікалій або деяких нафтопродуктів на нафтохімічних заводах.

У 2014 році Омар Яхи і його команда в Каліфорнійський університет в Берклі синтезували MOF, що є поєднанням металу цирконію та адипінової кислоти, який збирає водяний пар. Він запропонував інженеру-механіку Массачусетського технологічного інституту Евелін Ванг (Evelyn Wang) використовувати MOF в системах збору води.

Сконструйована Евелін Ванг і її студентами система містить приблизно 1 кілограм кристалів MOF розміром з порошинки, стиснутих між сонячним абсорбером і платою конденсатора, поміщених всередину відсіку, відкритої для доступу повітря. По мірі того як навколишній повітря проходить через пористий матеріал MOF, молекули води кріпляться до його внутрішньому покриттю. Дослідження методом рентгенівської дифракції показали, що молекули водяної пари частіше групуються по вісім у формі куба.

Сонячне світло, проходячи через «вікно», нагріває MOF і сприяє з'єднанню води за допомогою конденсатора, температура якого відповідає температурі навколишнього повітря. Пара конденсується у воду в рідкому стані і стікає в спеціальний накопичувач.

Евелін Ванг відзначає, що проведена дослідниками робота відкриває новий шлях до методів збору води, при якому не потрібна висока відносна вологість. Новий метод набагато більш енергоеффектівен, ніж інші існуючі технології.

Омар Яхи доповнює, що нинішній концепт ще належить чимало вдосконалювати. Існуючий матеріал MOF здатний абсорбувати воду в обсязі не менше двадцяти відсотків від своєї ваги, в той час як інші матеріали MOF, імовірно, зможуть вбирати 40% і більше. Матеріал також можна вдосконалювати, щоб він був більш ефективним при більш високому або більш низькому рівні вологості.

Основна суть розробки полягає не те, що було створено пристрій, що збирає воду. Набагато важливіше самі матеріали MOF, яких створена вже не одна тисяча, і в процесі роботи над новою технологією можуть бути знайдені ще більш підходящі для поставленої задачі матеріали. Величезний потенціал відкривається в напрямку підвищення здатності матеріалу збирати воду. Тому Омару Яхи і його команді належить робота над вдосконаленням MOF, а Евелін Ванг продовжить покращувати систему збору, що дозволяє отримувати більшу кількість води.

Щоб вода була доступна постійно, належить сконструювати таку систему, яка не припиняє адсорбувати вологу з повітря навіть вночі і продовжує робити це і вдень. Або ж необхідно створити сонячний накопичувач, що дозволяє робити це швидше, пропускаючи через пристрій більше повітря.

Стане можливість недорого отримувати воду з повітря є одним з найбільш значущих досягнень цивілізації?

За матеріалами sciencedaily.com