Zemljina atmosfera sadrži okean vode, dovoljno tečnosti da napuni Veliko slano jezero u Juti 800 puta. Izvlačenje neke od te vlage smatra se potencijalnim načinom da se obezbedi čista voda za piće za milijarde ljudi širom sveta koji se suočavaju sa hroničnom nestašicom.
Postojeće tehnologije za prikupljanje atmosferske vode (AVH) opterećene su brojnim nedostacima vezanim za veličinu, cenu i efikasnost. Ali novo istraživanje inženjerskih istraživača Univerziteta u Juti dalo je uvide koji bi mogli da poboljšaju efikasnost i da dovedu svet korak bliže iskorišćenju vazduha kao kulinarskog izvora vode na sušnim mestima.
Studija otkriva prvi u svojoj vrsti kompaktni AVH uređaj sa brzim ciklusom na gorivo. Ovaj prototip u dva koraka oslanja se na adsorbujuće materijale koji izvlače molekule vode iz nevlažnog vazduha, a zatim primenjuje toplotu da bi te molekule oslobodili u tečni oblik, kaže Sameer Rao, stariji autor objavljenog u časopisu Cell Reports Phisical Science i docent za mašinstvo.
„Higroskopski materijali suštinski imaju afinitet prema vodi. Oni upijaju vodu gde god da krenete. Jedan od najboljih primera su stvari u pelenama“, rekao je Rao, koji je slučajno otac malog sina. „Radimo sa specifičnom vrstom higroskopnog materijala koji se zove metalni organski okvir.
Rao je uporedio metalne organske okvire sa Lego blokovima, koji se mogu preurediti da bi se izgradile sve vrste struktura. U ovom slučaju, oni su raspoređeni da stvore molekul idealan za odvajanje gasa.
„Mogu da učine specifičnim da adsorbuju vodenu paru iz vazduha i ništa drugo. Oni su zaista selektivni“, rekao je Rao. Razvijen sa diplomiranim studentom Nathanom Ortizom, vodećim autorom studije, ovaj prototip koristi aluminijum fumarat koji je napravljen u panele koji sakupljaju vodu dok se vazduh uvlači.
„Molekuli vode sami bivaju zarobljeni na površini našeg materijala, a to je reverzibilan proces. I tako umesto da se ukorijeni u sam materijal, on sedi na zidovima“, rekao je Ortiz. „Ono što je posebno u vezi sa ovim upijajućim materijalima je da imaju samo ogromnu količinu unutrašnje površine. Postoji toliko mnogo mesta na kojima se molekuli vode mogu zaglaviti.“
Samo gram ovog materijala ima površinu koliko i dva fudbalska terena, kaže Rao. Dakle, samo malo materijala može da uhvati mnogo vode.
„Sva ova površina je na molekularnoj skali“, rekao je Rao. „I to je sjajno za nas jer želimo da uhvatimo vodenu paru na toj površini unutar pora ovog materijala.“
Podrška istraživanju došla je od DEVCOM Soldier Center-a, programa koji vodi Ministarstvo odbrane da bi se olakšao transfer tehnologije koji podržava modernizaciju vojske. Interes vojske za projekat proizilazi iz potrebe da se vojnici drže hidrirani dok rade u udaljenim oblastima sa malo izvora vode.
„Posebno smo ovo razmotrili za odbrambene aplikacije, tako da vojnici imaju malu kompaktnu jedinicu za proizvodnju vode i da ne moraju da vuku okolo veliku kantinu napunjenu vodom“, rekao je Rao. „Ovo bi bukvalno proizvelo vodu na zahtev.“
Rao i Ortiz su podneli zahtev za preliminarni patent zasnovan na tehnologiji, koja se bavi i nevojnim potrebama.
„Dok smo osmišljavali sistem, mislim da smo imali i perspektivu šireg problema vode. To nije samo pitanje odbrane, to je u velikoj meri civilno pitanje“, rekao je Rao. „Razmišljamo o potrošnji vode u domaćinstvu za vodu za piće dnevno. To je oko 15 do 20 litara dnevno.
U ovom dokazu koncepta, prototip je postigao svoj cilj proizvodnje 5 litara vode dnevno po kilogramu adsorbentnog materijala. Za samo tri dana na terenu, ovaj uređaj bi nadmašio vodu za pakovanje, kaže Ortiz.
U drugom koraku uređaja, voda se taloži u tečnost primenom toplote pomoću standardne vojne peći za kampovanje. Ovo funkcioniše zbog egzotermne prirode njegovog procesa sakupljanja vode.
„Dok sakuplja vodu, oslobađa male delove toplote. A onda da bismo to preokrenuli, dodajemo toplotu“, rekao je Ortiz. „Samo smo stavili plamen tačno ispod, bilo šta da podignemo ovu temperaturu. I onda dok povećavamo temperaturu, brzo oslobađamo molekule vode. Jednom kada imamo stvarno vlažan tok vazduha, to čini kondenzaciju na temperaturi okoline mnogo lakšom.“
Tehnologije u nastajanju obiluju za sakupljanje atmosferske vode, što se lakše postiže kada je vazduh vlažan, ali nijedna nije rezultirala opremom koja se može praktično koristiti u sušnim sredinama. Ortiz veruje da njegov uređaj može biti prvi, uglavnom zato što se napaja gorivom sa gustom energijom poput belog benzina koji se koristi u pećima za kampovanje.
Tim je odlučio da ne koristi fotonapon.
„Ako se oslanjate na solarne panele, ograničeni ste na rad tokom dana ili su vam potrebne baterije, što je samo veća težina. Nastavljate sa slaganjem izazova. Jednostavno zauzima toliko prostora“, rekao je Ortiz. „Ova tehnologija je superiorna u sušnim uslovima, dok je hlađenje najbolje u visokoj vlažnosti.
Više informacija: Nathan P. Ortiz i saradnici, Kompaktni uređaj za sakupljanje atmosferske vode na gorivo sa brzim ciklusom za cjelodnevnu proizvodnju vode, Cell Reports Phisical Science (2024). DOI: 10.1016/j.kcrp.2024.102115
Istražite dalje
