Кажется, что вы получаете что-то даром, но вы действительно можете получить питьевую воду прямо из самого сухого пустынного воздуха.
Даже в самых засушливых местах на Земле в воздухе присутствует некоторое количество влаги, и практичный способ извлечения этой влаги может стать ключом к выживанию в таких абсолютно сухих местах. Теперь исследователи из Массачусетского технологического института доказали, что такая система извлечения может работать.
Новое устройство, основанное на концепции, впервые предложенной командой в прошлом году, уже прошло полевые испытания в очень сухом воздухе Темпе, штат Аризона, что подтверждает потенциал нового метода, хотя предстоит еще много работы по его масштабированию. Исследователи говорят, что этот процесс ускоряется.
Новая работа опубликована сегодня в журнале Nature Communications и включает в себя некоторые существенные улучшения по сравнению с первоначальной концепцией, которая была описана в прошлом году в статье в журнале Science, говорит Эвелин Ван, профессор Гейл Э. Кендалл в Департаменте Машиностроение, который был старшим автором обеих статей. Постдоктор Массачусетского технологического института Самир Рао и бывший аспирант Хьюнхо Ким SM '14, PhD '18 были ведущими авторами последней статьи, наряду с четырьмя другими сотрудниками Массачусетского технологического института и Калифорнийского университета в Беркли.
Прошлогодняя газета привлекла большое внимание, говорит Ван. «Это вызвало много шумихи и немного критики», - говорит она. Теперь «все вопросы, которые были подняты в прошлый раз, были явно продемонстрированы в этой статье. Мы подтвердили эти пункты».
Система, основанная на относительно новых материалах с большой площадью поверхности, называемых металлоорганическими каркасами (MOF), может извлекать питьевую воду даже из самого сухого пустынного воздуха, говорят исследователи, при относительной влажности до 10 процент. Существующие методы извлечения воды из воздуха требуют гораздо более высоких уровней влажности: 100-процентная влажность для методов сбора тумана и более 50 процентов для систем охлаждения, основанных на сборе росы, которые также требуют большого количества энергии для охлаждения. Таким образом, новая система потенциально может удовлетворить неудовлетворенные потребности в воде даже в самых засушливых регионах мира.
Запустив тестовое устройство на крыше Аризонского государственного университета в Темпе, говорит Ван, команда «провела полевые испытания в месте, типичном для этих засушливых районов, и показала, что мы действительно можем собирать воду, даже при отрицательных точках росы."
Испытательное устройство питалось исключительно от солнечного света, и хотя это было небольшое устройство для проверки концепции, при увеличении его производительность была бы эквивалентна более чем четверти литра воды в день на килограмм MOF., говорят исследователи. По словам Кима, при оптимальном выборе материала производительность может быть в три раза выше, чем у текущей версии. В отличие от любого из существующих методов извлечения воды из воздуха при очень низкой влажности, «при таком подходе вы действительно можете это сделать даже в таких экстремальных условиях», - говорит Ван.
Мало того, что эта система работает при более низкой влажности, чем сбор росы, говорит Рао, но для этих систем требуются насосы и компрессоры, которые могут изнашиваться, тогда как «в ней нет движущихся частей. Она может работать в полностью пассивном режиме». образом, в местах с низкой влажностью, но большим количеством солнечного света."
В то время как команда ранее описывала возможность пассивной работы системы, Рао говорит, «теперь мы продемонстрировали, что это действительно возможно». Текущая версия может работать только в течение одного цикла день-ночь с солнечным светом, говорит Ким, но «непрерывная работа также возможна за счет использования обильных низкопотенциальных источников тепла, таких как биомасса и отработанное тепло».
Следующим шагом, по словам Вана, является масштабирование системы и повышение ее эффективности. «Мы надеемся, что у нас будет система, способная производить литры воды». Эти небольшие первоначальные тестовые системы были разработаны только для производства нескольких миллилитров, чтобы доказать, что концепция работает в реальных условиях, но она говорит: «Мы хотим увидеть, как выливается вода!» Идея заключалась бы в том, чтобы производить установки, достаточные для снабжения водой отдельных домохозяйств.
Команда проверила воду, производимую системой, и не обнаружила следов примесей. Тестирование масс-спектрометром показало, что «ничего из MOF не выщелачивается в воду», - говорит Ван. «Это показывает, что материал действительно очень стабилен, и мы можем получать воду высокого качества».