Доступ к чистой воде остается одной из самых больших проблем, стоящих перед человечеством. Прорыв, сделанный инженерами Техасского университета в Остине, может предложить новое решение с помощью технологии на солнечной энергии, которая поглощает влагу из воздуха и возвращает ее в виде чистой пригодной для использования воды.
Прорыв, описанный в недавнем выпуске журнала Advanced Materials, может быть использован в ситуациях стихийных бедствий, водных кризисов или бедных районов и развивающихся стран. Технология основана на гидрогелях, гелевых полимерных гибридных материалах, разработанных как «супергубки», которые могут удерживать большое количество воды.
Исследовательская группа под руководством Гуйхуа Ю из инженерной школы им. Кокрелла в штате Юта, Остин объединила гидрогели, которые обладают высокой водопоглощающей способностью и могут выделять воду при нагревании. Было доказано, что эта уникальная комбинация успешно работает во влажных и сухих погодных условиях и имеет решающее значение для производства чистой, безопасной питьевой воды из воздуха.
По оценкам, в атмосфере содержится около 50 000 кубических километров воды, и эта новая система может использовать эти запасы и потенциально привести к созданию небольших, недорогих и портативных систем фильтрации.
«Мы разработали полностью пассивную систему, в которой все, что вам нужно сделать, это оставить гидрогель снаружи, и он будет собирать воду», - сказал Фей Чжао, научный сотрудник группы Ю и соавтор исследования. «Собранная вода будет храниться в гидрогеле до тех пор, пока вы не подвергнете ее воздействию солнечного света. Примерно через пять минут под естественным солнечным светом вода высвобождается."
Эта технология основана на прорыве, сделанном Ю и Чжао в 2018 году, когда они разработали инновационную очистку воды на солнечной энергии с использованием гидрогелей, которая очищает воду из любого источника, используя только солнечную энергию. Новая инновация команды продвигает эту работу на шаг вперед, используя воду, которая уже существует в атмосфере. Для обеих технологий на основе гидрогеля Ю и его исследовательская группа разработали способ комбинирования материалов, обладающих как гигроскопическими (водопоглощающими) качествами, так и термочувствительными гидрофильными свойствами (способностью выделять воду при простом нагревании).
«Новый материал предназначен как для сбора влаги из воздуха, так и для производства чистой воды под солнечным светом, избегая интенсивного потребления энергии», - сказал Ю, доцент кафедры материаловедения и машиностроения.
Получение воды из влаги не совсем новая концепция. Большинство холодильников охлаждают продукты за счет процесса конденсации пара. Однако обычный холодильник требует много энергии для выполнения этого действия. Технология команды UT требует только солнечной энергии, компактна и все еще может производить достаточно воды, чтобы удовлетворить ежедневные потребности среднего домохозяйства. Испытания прототипа показали ежедневную выработку воды до 50 литров на килограмм гидрогеля.
Представляя собой новую стратегию по усовершенствованию методов сбора атмосферной воды, используемых сегодня, эта технология может также заменить основные компоненты существующих систем очистки воды, работающих на солнечной энергии, или других технологий, поглощающих влагу.
Ю и его команда подали заявку на патент, и Ю работает с Управлением коммерциализации технологий UT над лицензированием и коммерциализацией этого инновационного класса гидрогелей. Исследование финансировалось Фондом Альфреда П. Слоана, Фондом Камиллы и Генри Дрейфуса и Национальным научным фондом.