В октябре прошлого года команда Калифорнийского университета в Беркли направилась в пустыню Аризоны, поставила свой новейший прототип водосборника на заднем дворе дома и начала высасывать воду из воздуха без какой-либо энергии, кроме солнечного света..
Успешные полевые испытания их более крупного комбайна нового поколения подтвердили то, что команда предсказывала ранее в 2017 году: водосборный комбайн может добывать питьевую воду каждый день/ночь при очень низкой влажности и при низких затратах, что делает Это идеальное место для людей, живущих в засушливых и маловодных районах мира.
«Ничего подобного нет», - сказал Омар Яги, изобретатель технологии, лежащей в основе комбайна. «Он работает при температуре окружающей среды при окружающем солнечном свете, и без дополнительных затрат энергии вы можете собирать воду в пустыне. Это путешествие из лаборатории в пустыню позволило нам действительно превратить сбор воды из интересного явления в науку».
Яги, заведующий кафедрой химии Джеймса и Нилтье Треттер в Калифорнийском университете в Беркли и научный сотрудник Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, и его команда сообщат о результатах первого полевого испытания водосборного комбайна 8 июня. выпуск журнала Science Advances.
Испытания в Скоттсдейле, где относительная влажность падает с 40 % ночью до 8 % днем, показали, что комбайн можно легко масштабировать, просто добавляя больше воды. поглотитель, высокопористый материал, называемый металлоорганическим каркасом, или MOF. Исследователи ожидают, что с текущим MOF (MOF-801), изготовленным из дорогого металлического циркония, они в конечном итоге смогут собирать около 200 миллилитров (около 7 унций) воды на килограмм (2,2 фунта) MOF или 3 унции. воды на фунт.
Но Яги также сообщает, что он создал новый MOF на основе алюминия, названный MOF-303, который как минимум в 150 раз дешевле и захватывает в два раза больше воды в лабораторных тестах. Это позволит новому поколению комбайнов производить более 400 мл (3 чашки) воды в день из килограмма MOF, что эквивалентно половине банки газировки на 12 унций на фунт в день.
«Был огромный интерес к коммерциализации этого, и есть несколько стартапов, которые уже занимаются разработкой коммерческого устройства для сбора воды», - сказал Яги. «Алюминиевый MOF делает это практичным для производства воды, потому что это дешево».
Yaghi также работает с городом короля Абдул Азиза по науке и технологиям в Эр-Рияде, Саудовская Аравия, и его президентом, принцем доктором Турки Саудом Мохаммадом Аль Саудом, над технологией в рамках их совместного исследовательского Центра передового опыта для Наноматериалы и чистая энергия.
Суперабсорбирующие MOF
Yaghi является пионером в металлоорганических каркасах, которые представляют собой твердые тела с таким количеством внутренних каналов и отверстий, что MOF размером с сахарный кубик может иметь площадь внутренней поверхности размером с шесть футбольных полей. Эта площадь поверхности легко поглощает газы или жидкости, но, что не менее важно, быстро выделяет их при нагревании. Различные типы MOF уже проходят испытания как способ наполнить баки автомобилей, работающих на водороде, большим количеством газа, поглощать углекислый газ из дымовых труб и хранить метан..
Несколько лет назад Яги создал MOF-801, который легко поглощает и выделяет воду, а в прошлом году он испытал небольшое количество воды на простом комбайне, чтобы увидеть, сможет ли он собирать воду из окружающего воздуха в течение ночи и использовать тепло солнце, чтобы выгнать его снова для использования. Этот комбайн, построенный сотрудником Массачусетского технологического института с использованием менее 2 граммов MOF, доказал, что концепция работает: окна запотели на солнце, хотя исследователи не смогли собрать или точно измерить воду.
Этот же комбайн был перевезен в пустыню ранее в этом году и работал аналогично, хотя снова были созданы только капли воды в качестве доказательства концепции.
Для новой статьи команда Калифорнийского университета в Беркли - аспирант Юджин Капустин и научные сотрудники Маркус Калмуцки и Фархад Фатьех - собрали и измерили воду и протестировали комбайн последнего поколения в различных условиях влажности, температуры и интенсивности солнечного излучения.
Комбайн, по сути, представляет собой коробку в коробке. Внутренняя коробка содержит слой зерен MOF площадью 2 квадратных фута, открытый для воздуха для поглощения влаги. Он заключен в двухфутовый пластиковый куб с прозрачным верхом и боками. Верх оставляли открытым на ночь, чтобы воздух поступал внутрь и контактировал с MOF, но днем его заменяли, чтобы коробка могла нагреваться, как теплица, и выталкивать воду обратно из MOF. Выделившаяся вода конденсировалась внутри внешней коробки и попадала на дно, где исследователи собирали ее пипеткой.
Обширные полевые испытания позволили инженерам настроить харвестер для различных условий в Аризоне, Средиземноморье или где-либо еще с учетом конкретного MOF.
«Ключевым моментом здесь является то, что он работает при низкой влажности, потому что это то, что происходит в засушливых регионах мира», - сказал Яги. В этих условиях комбайн собирает воду даже при отрицательных точках росы.
Yaghi с нетерпением ожидает следующих полевых испытаний, в ходе которых будет протестирован MOF на основе алюминия, и которые запланированы на конец лета в Долине Смерти, где температура достигает 110 градусов по Фаренгейту днем и остается на уровне 70 градусов ночью, с ночная влажность всего 25 процентов.