Четыре года назад ученые из Калифорнийского университета в Беркли обнаружили новые свойства металл-органических координационных полимеров (MOF). Этот пористый материал, как оказалось, отлично впитывает влагу даже в условиях засушливого климата, а при незначительном нагревании — ее активно выделяет. На его основе ученые создали экспериментальное устройство для извлечения воды из воздуха.
Как сообщается, первая версия прибора, представленная в прошлом году, была пассивной и состояла из двух коробок — в одной, пластиковой и прозрачной, находилась другая, заполненная несколькими килограммами MOF-303 — металл-органических структур на основе алюминия (по словам исследователей, данный материал не только недорог в производстве ввиду дешевизны алюминия, но и легок в изготовлении, поскольку его синтез протекает в воде и не требует органических растворителей). Ночью пластиковую коробку открывали, чтобы гранулы MOF впитывали влагу из воздуха, а днем — закрывали. Солнечные лучи проходили сквозь пластик и, нагревая содержимое второй коробки, заставляли полимер выделять влагу в форме конденсата. Далее, словно в опреснителе, капли стекали в нижний отсек и постепенно скапливались, а вечером получившуюся жидкость извлекали с помощью пипетки. Производительность решения составляла в среднем 400 миллилитров жидкости на килограмм абсорбента в день, а в самые засушливые дни испытаний водосборника, проходивших в одной из пустынь Аризоны, когда влажность воздуха не превышала 8%, этот показатель падал до 70 миллилитров жидкости на килограмм абсорбента в день.
Новая версия экспериментальной установки, на основе которой исследователи планируют создать уже коммерческий продукт, по принципу работы схожа с первой, но работает вне зависимости от времени суток. Этого удалось достичь, встроив в прибор вентилятор, нагнетающий воздух, и нагревательный элемент. При этом решение по-прежнему энергонезависимо: в качестве источника питания инженеры задействовали солнечную батарею и аккумулятор. Кроме того, исследователям больше не нужно манипулировать прибором вручную: благодаря организации материала в специальные картриджи установка самостоятельно конденсирует влагу в подсоединяемые емкости. Особый акцент инженеры делают на том, что получаемая таким образом вода, как и в предыдущей версии агрегата, подходит для питья без дополнительной фильтрации.
Производительность аппарата ученые изучили в разных условиях. Выяснилось, что в среднем решение выдает 1,3 литра воды в день на килограмм абсорбирующего материала. Этого объема более чем достаточно, чтобы не умереть от жажды. При этом установка работает даже в условиях совсем сухого воздуха: во время полевых испытаний в пустыне Мохаве водосборник получал в среднем 0,7 литра чистой воды на килограмм абсорбента в день. Минимальный показатель в самый засушливый день в пустыне, когда относительная влажность воздуха падала до 7%, составил 0,2 литра воды на килограмм MOF в сутки.
«Чтобы традиционными методом конденсировать воду из воздуха при низкой влажности — менее 40% относительной влажности, — нужно охладить воздух до нуля градусов по Цельсию, что непрактично. С помощью нашего водосборника мы делаем это при очень низкой влажности без такого охлаждения. Ни одно другое решение на это не способно», — подчеркивает профессор Калифорнийского университета в Беркли Омар Ягхи, основавший с целью коммерциализации технологии стартап Water Harvester Inc.
«Некоторые скажут, что 0,7 литра воды в день — это немного. Однако они будут неправы, поскольку мы говорим о пустынных условиях, где воды нет в принципе. Кроме того, наше решение можно масштабировать, а показанный водосборник — это просто proof-of-concept, призванный продемонстрировать жизнеспособность технологии», — добавляет специалист.
Самая маленькая коммерческая версия аппарата, которая будет размером с микроволновку и сейчас проходит испытания перед выходом на рынок, по расчетам создателей, при средней относительной влажности будет выдавать в сутки до 10 литров чистой воды — достаточно для того, чтобы обеспечить потребности семьи из трех человек.
Более массивная модель аппарата — размером с небольшой холодильник — будет производить 200 — 250 литров в день, чего будет достаточно, чтобы обеспечить среднестатистическую семью водой не только для удовлетворения физиологических потребностей, но и для приготовления пищи и принятия душа. А через пару лет компания надеется построить водосборник, который обеспечит потребности небольшого поселения, — на 20 000 литров. Как и более скромные версии, он также будет работать на солнечной энергии, без подключения к электросети.
По словам исследователей, их разработку найдут полезными жители засушливых регионов, где в настоящее время наблюдается нехватка питьевой воды.
«В атмосфере находится почти столько же воды, сколько во всех реках и озерах, — подчеркивают ученые. — Возможность собирать эту воду позволит не только обеспечить каждого человека на Земле доступом к питьевой воде, но и буквально превратить пустыни в оазисы».
Первым клиентом стартапа станет, вероятно, Саудовская Аравия, которая частично профинансировала разработку.
Источник: hightech.plus