Новые технологии приносят влагу в пустыне в стиле «Звездных войн», делая шаг ближе
Посещение планеты Татуин в оригинальном фильме 1977 года «Звездные войны». Автор предоставил
Люк Скайуокер был не просто фермером. В оригинальном фильме 1977 года «Звездные войны» главный герой отчаянно пытался покинуть свою родную планету Татуин, где его семья собирала влагу из атмосферы с помощью устройств, называемых «испарители». В условиях жаркой и засушливой пустыни на планете влажное земледелие было важным видом деятельности для выживания.
Но может ли принцип извлечения влаги из воздуха для обеспечения питьевой водой работать в реальном мире? Мы с исследователями работаем над технологией, чтобы превратить ее из научной фантастики в реальность. А теперь новое исследование продемонстрировало, как одно устройство может работать даже в условиях сухой пустыни, используя только энергию солнца.
Если вы сидите в саду жарким влажным летним днем со стаканом ледяной воды воды, вы заметите, что на внешней стороне стекла образуются капли воды. Испарители из «Звездных войн» на Татуине могли работать по аналогичному принципу. При охлаждении теплым воздухом образуется конденсат, который затем собирается. Дождь на самом деле является естественным явлением по тому же принципу. Когда теплый влажный воздух охлаждается, он теряет способность поддерживать содержание воды, и осадки выпадают в виде капель дождя.
Воздух естественным образом переносит водяной пар, и чем теплее воздух и тем выше относительная влажность, тем больше водяного пара он может унести. Таким образом, технология получения воды из воздуха больше всего подходит для теплого и влажного климата. При 100% влажности воздух при 40 ℃ содержит около 51 миллилитра воды на кубический метр воздуха. При той же влажности при 10 ℃ воздух содержит только 9,3 миллилитра.
Если мы охладим этот воздух с 40 до 10 ℃, мы сможем извлечь эту разницу воды, которая составляет 41,7 миллилитра для каждого. кубический метр воздуха. В этих условиях с использованием современных технологий мы могли бы производить 147 литров воды в час, используя примерно ту же энергию, что и 18 бытовых электрических чайников.
При более низкой влажности, например в пустыне, в воде меньше воды. воздух, и поэтому система будет менее эффективной. Чтобы извлечь такое же количество воды, необходимо больше охлаждения воздуха, а это требует больше энергии. Это может сделать текущую технологию слишком дорогой для стран, где нехватка воды наиболее острая. Что вам нужно, так это более эффективный способ улавливания водяного пара.
Самый простой способ извлечения воды из воздуха - это пассивная технология, которая обеспечивает прохладную поверхность для конденсации тумана или водяного пара. Выбор материала и качества поверхности имеют решающее значение для максимального сбора воды. Например, чилийские фермеры используют стальную сетку для сбора воды из тумана. Исследователи показали, что это можно сделать более эффективным, если добавить специальное покрытие, притягивающее молекулы воды.
Кроме того, существуют технологии активного охлаждения, такие как цикл охлаждения, аналогичный тому, который мы используем в системах кондиционирования воздуха и холодильниках. Вы также можете использовать твердотельное термоэлектрическое охлаждение, которое включает так называемый эффект Пельтье.
В 1834 году французский физик Жан-Шарль-Атаназ Пельтье обнаружил интересное явление. Если вы пропустите ток через цепь, сделанную из медных и металлических проводов висмута, повышение температуры произойдет в точке, где ток переходит от меди к висмуту, и падение температуры происходит там, где ток переходит от висмута к меди. Это означает, что, потребляя электрическую энергию, мы можем обеспечить охлаждающий эффект без каких-либо жидкостей или движущихся частей.
Но ученые из Массачусетского технологического института (MIT) продемонстрировали еще одну технологию, которая могла бы быть еще более эффективной. используя так называемые металлоорганические каркасы, работающие от естественного солнечного света. В технологии, описанной в журнале Science, используется сеть из металлических и органических молекул, которые могут легко улавливать водяной пар, который затем выделяется за счет тепла, улавливаемого солнцем.
Сообщается, что один килограмм воды этот материал может собирать 2,8 литра воды в день при относительной влажности до 20% без каких-либо других внешних источников энергии. Это делает эту технологию особенно многообещающей для сбора воды в засушливых или пустынных регионах мира.
Другой альтернативой является использование более простой технологии охлаждения, но при этом снижение ее стоимости. Моя команда и я занимаемся разработкой водо-воздушной системы с использованием старых холодильников и морозильников в дополнение к другим переработанным компонентам, таким как вентилятор старого компьютера и зарядное устройство для мобильного телефона. Мы надеемся создать недорогую систему для развивающихся стран, которая также сократит количество отходов в развитых странах, особенно когда солнечные панели используются для питания системы.
Дальнейшая работа в этой области будет включать использование специальных покрытий для поверхностей. предоставить нештатныйck поверхность, такая как поверхность кувшинок, для легкого сбора капель воды для создания более эффективной системы в дополнение к текущим исследованиям металлоорганических структур. Еще одна проблема - загрязнение воздуха. В некоторых частях мира может потребоваться специальная фильтрация и обработка, чтобы сделать собранную воду безопасной для питья.
Но эта технология быстро развивается. Кто знает, возможно, в будущем нам не придется ехать на Татуин, чтобы увидеть в действии испаритель из «Звездных войн».
Амин аль-Хабайбе - профессор интеллектуальных инженерных систем в Университете Ноттингем Трент. Эта статья изначально была опубликована в The Conversation. Прочтите оригинальную статью.
комментариев