Как пустынный зной поможет «добыть» воду? Технические подробности

Ранее уже сообщалось о созданном учеными удивительном устройстве, добывающем воду из сухого воздуха. И каждому, кто интересуется новыми научными достижениями, разумеется, хотелось бы узнать хотя бы в общих чертах, как работает технология, которая в будущем сможет в достаточных объемах обеспечить добываемой прямо из воздуха водой каждый дом даже в засушливом и пустынном климате и как в этом поможет вызывающий засуху зной.

Собирающая воду машина, о которой сообщается в журнале Science, была сконструирована в Массачусетском технологическом институте (MIT) с использованием специального материала, metal-organic framework (MOF) — «металлоорганической основы», изготовленного Калифорнийским университетом в Беркли.

И устройство, которое осуществляет эту задачу, будет основано на специальных материалах и той самой жаре, которая и делает пустыню безводной. На минувшей неделе был показан прототип работающего благодаря солнечному свету устройства, собирающего воду из воздуха при 20-процентной влажности, характерной для засушливого климата.

Один из ведущих авторов статьи о новой разработке Омар Яхи (Omar Yaghi) отмечает, что это значимое достижение, позволяющее решать задачу, которая долгое время стояла перед человечеством — добывать воду из воздуха при низкой влажности. На данный момент, кроме новой разработки, не существует иного способа сделать это, кроме таких методов, которые предполагают использование огромного объема энергии. В итоге с использованием такого устройства вода получалась бы слишком дорогой.

Рассматриваемый прототип при влажности в 20-30% способен за 12 часов добыть из воздуха 2,8 литра воды. Для этого потребуется 1 килограмм материала MOF. Тестирование устройства в Массачусетском технологическом институте подтвердило, что оно способно работать в реальных условиях.

Ведь засушливый климат не предполагает недостатка в солнечной энергии, которая и будет использована для обеспечения дома водой.

Омар Яхи изобрел MOF более двадцати лет назад, соединив такие металлы, как магний и алюминий, с органическими молекулами, чтобы получилась прочная, но пористая структура, превосходно подходящая для хранения газов и жидкостей. В тех пор исследователями по всему миру было создано более 20 тысяч различных материалов MOF. Некоторые из них содержат такие химические элементы, как водород и метан. Химическая компания BASF тестирует один из материалов MOF Омара Яхи в реальных грузовых автомобилях на газовом топливе.

Другие материалы MOF способны собирать углекислый газ из отработавших топочных газов, катализируя реакцию абсорбируемых химикалий или некоторых нефтепродуктов на нефтехимических заводах.

В 2014 году Омар Яхи и его команда в Калифорнийским университете в Беркли синтезировали MOF, являющийся сочетанием металла циркония и адипиновой кислоты, который собирает водяной пар. Он предложил инженеру-механику Массачусетского технологического института Эвелин Ванг (Evelyn Wang) использовать MOF в системах сбора воды.

Сконструированная Эвелин Ванг и ее студентами система содержит примерно 1 килограмм кристаллов MOF размером с пылинки, сжатых между солнечным абсорбером и платой конденсатора, помещенных внутрь отсека, открытого для доступа воздуха. По мере того как окружающий воздух проходит через пористый материал MOF, молекулы воды крепятся к его внутреннему покрытию. Исследование методом рентгеновской дифракции показали, что молекулы водного пара чаще группируются по восемь в форме куба.

Солнечный свет, проходя через «окно», нагревает MOF и способствует соединению воды посредством конденсатора, температура которого соответствует температуре окружающего воздуха. Пар конденсируется в воду в жидком состоянии и стекает в специальный накопитель.

Эвелин Ванг отмечает, что проведенная исследователями работа открывает новый путь к методам сбора воды, при котором не требуется высокая относительная влажность. Новый метод намного более энергоэффективен, чем другие существующие технологии.

Омар Яхи дополняет, что нынешний концепт еще предстоит немало совершенствовать. Существующий материал MOF способен абсорбировать воду в объеме только двадцати процентов от своего веса, в то время как другие материалы MOF, предположительно, смогут впитывать 40% и больше. Материал можно также совершенствовать, чтобы он был более эффективным при более высоком или более низком уровне влажности.

Основная суть разработки состоит не том, что было создано устройство, собирающее воду. Намного важнее сами материалы MOF, которых создана уже не одна тысяча, и в процессе работы над новой технологией могут быть найдены еще более подходящие для поставленной задачи материалы. Огромный потенциал открывается в направлении повышения способности материала собирать воду. Поэтому Омару Яхи и его команде предстоит работа над совершенствованием MOF, а Эвелин Ванг продолжит улучшать систему сбора, позволяющую получать большее количество воды.

Чтобы вода была доступна постоянно, предстоит сконструировать такую систему, которая не прекращает адсорбировать влагу из воздуха даже ночью и продолжает делать это и днем. Или же необходимо создать солнечный накопитель, позволяющий делать это быстрее, пропуская через устройство больше воздуха.

Станет ли возможность недорого получать воду из воздуха одним из наиболее значимых достижений цивилизации?

По материалам sciencedaily.com

Источник: hi-news.ru