Многообещающий, новый способ извлечения питьевой воды из воздуха может изменить то, как люди гидратируют воду в отдаленных районах, и может даже снять напряженность в связи с дефицитом воды в регионе.
General Electric (GE) объявила, что получила 14 миллионов долларов в рамках проекта DARPA для продолжения разработки устройства по добыче атмосферной воды, достаточной для поддержки 150 военнослужащих, оставаясь при этом компактным настолько, чтобы его могли поднять всего четыре человека.
Извлечение воды из воздуха - это своего рода непосильная задача, которая десятилетиями разочаровывала ученых. Даже в пустынном климате воздух содержит водяной пар. Но его конденсация для заполнения бака или стакана требует прохладных температур. Представьте себе, как вы выходите на травянистое поле на рассвете, когда на траве есть маленькие капельки воды. Температура, при которой вода в воздухе конденсируется в эти маленькие капельки, является точкой росы. Обычно это происходит ночью, когда воздух самый прохладный. В засушливых регионах, с низкой относительной влажностью, эта точка росы очень низкая.
Современные системы конденсации воды требуют слишком много энергии, чтобы быть применимыми в засушливом климате. Некоторые соли или другие материалы работают, но сбор воды занимает слишком много времени.
Профессор химии университета Беркли Омар Яги, который является частью команды GE по этому проекту, разработал новое семейство высокопористых кристаллических веществ, пригодных для захвата углерода и катализа реакций. Яги и его команда начали экспериментировать с этими металлорганическими каркасами, или МОК, в пустыне еще в 2014 году .
“Мы разработали несколько поколений прототипов, и показали, что эти водосборники хорошо работают в самых сухих пустынях мира”, - сказал он Defense One. “Мы протестировали эти водосборники для Министерства обороны в Аризоне и пустыне Мохаве и обнаружили, что из воздуха, можно собирать значительное количество воды.”
В частности, он обнаружил, что они могут поглощать воду из воздуха при относительно высоких температурах 25 градусов Цельсия и выделять ее при 45 градусах Цельсия. Дело в том, что водяной пар связывается с порами в его устройстве почти так же, как происходит кристаллизация льда из воды, сказал Яги.
“Слабые связи, образованные молекулами воды, дополнительно притягивают другие молекулы воды из воздуха, тем самым помогая концентрировать воду внутри пор, особенно в условиях низкой влажности",- писал он. "По сути, внутри этих МОК есть твердая вода (т. е. фрагменты льда) в жаркую погоду. Чтобы вывести воду, поскольку целью является жидкая вода, нужно просто нагреть материалы всего лишь до 45 градусов Цельсия. Этого достаточно, чтобы разорвать эти слабые связи и высвободить воду из пор, чтобы получить чистую питьевую воду.” Это означает, что вы можете собирать воду в поры этих МОК в пустыне ночью, когда она немного прохладнее (но не холодно) и выводить в качестве жидкости в течение дня в жару.
Яги сказал, что ключевым моментом, является использование искусственного интеллекта для поиска правильных комбинаций элементов. “Существует более 70 000 различных металлорганических каркасов, изобретенных с тех пор, как мы начали ими заниматься, и возможности создания новых практически безграничны”, - говорит он. Таким образом, для разработки и поиска оптимального МОК потребуются вычисления и машинное обучение. Выявление конкретной конфигурации МОК с благоприятными способностями к сбору воды и оптимизация его поведения в устройствах, будут одними из результатов вычислений с использованием методов искусственного интеллекта.”