Учёные надеются, что влажность воздуха может быть использована для добычи воды в больших масштабах. Теперь они разработали прибор, который сам по себе набирает питьевую воду.
То, что именно на нашей Земле есть проблема с водой, это уже почти горькая ирония. В конце концов, жидкая вода все же считается одним из важнейших условий возникновения жизни на планете. Но дело в том, что более двух миллиардов человек на этой планете не имеют постоянно безопасного доступа к питьевой воде. И четыре миллиарда (более половины населения мира) страдают от нехватки воды по крайней мере один месяц в году, сообщает ООН.
Глобальное потепление в результате изменения климата, скорее всего, усугубит эту проблему. В какой-то момент регионы также могут быть затронуты нехваткой воды, которая до сих пор может быть безопасно обеспечена. Таким образом, человек хорошо проконсультируется, когда он ищет новые идеи, чтобы добраться до пресной воды.
Одна из стратегий, которая уже давно прорабатывается учеными, заключается в том, чтобы использовать влагу, находящуюся в воздухе. Теоретически водяной пар, находящийся в окружающем нас воздухе, является почти неисчерпаемым источником воды. Даже в пустынях вода все еще находится в воздухе . Именно обстоятельство позволяет некоторым растениям выживать в засушливых регионах. И даже некоторые фирмы уже разработали машины, способные обеспечить сотни литров питьевой воды в день. Они обычно работают по принципу конденсации: в результате произведенных температурных изменений горячий воздух попадает на холодную поверхность, остальное делают законы природы: водяной пар снова конденсируется в свое жидкое агрегатное состояние.
Но в этом есть загвоздка, потому что все это обычно работает только тогда, когда затрачивается много энергии. Обходные пути предназначены для пассивных систем, которые обходятся без электричества. Такой аппарат теперь разработали исследователи из ETH Zurich. В отличие от других методов, в которых добыча воды возможна только ночью, конденсатор швейцарцев может генерировать воду круглосуточно сам по себе, сообщают исследователи во главе с Иваном Хехлером в журнале «Science Advances».
Методика в принципе проста: чтобы использовать конденсацию даже при солнечном свете, нужна поверхность, максимально прохладная, чтобы потом там происходило то, что зимой можно наблюдать за умеренно изолированными оконными стеклами, по которым стекает вода. Без подачи энергии, обеспечивающей холод, остается только самоохлаждающаяся поверхность. И именно их разработали исследователи. Как и на окне, конденсация должна быть обеспечена в нижней части стеклянной панели, которая была установлена горизонтально в устройстве. Чтобы диск излучал как можно больше тепла, исследователи сначала нанесли тонкий прозрачный полимерный слой сверху. На дно был нанесен слой серебра.
Белый цвет вместо серебра
Эффект: во-первых, серебро отражает солнечное излучение. С другой стороны, полимерный слой действует как фильтр и позволяет инфракрасному излучению проходить в диапазоне длин волн от восьми до 13 микрон. В этой области находится так называемое «атмосферное окно». Атмосфера в значительной степени проницаема и может излучать излучение непосредственно в космос. Кроме того, оно не отражается молекулярными компонентами воздуха обратно на диск. Существуют хорошие условия для того, чтобы диск выделял свое тепло и охлаждался через покрытие. «Мы смогли достичь значений до 15 градусов ниже температуры окружающей среды», сообщил Хехлер. Для того, чтобы излучение было максимально эффективным, ученые дополнительно расположили своего рода радиационный щит вокруг диска. Он выглядит как воронка и гарантирует, что тепло излучается перпендикулярно вверх под идеальным углом. В то же время он сохраняет диск от воздействия дополнительного бокового теплового излучения через атмосферу.
В конечном счете, диск охлаждает более теплый воздух вокруг вас. Поскольку холодный воздух может поглощать меньше водяного пара, чем теплый, в какой-то момент точка росы достигнута. Тогда относительная влажность составляет 100%. Если температура еще больше упадет, то воздух больше не сможет удерживать воду. Водяной пар конденсируется при установке в нижней части диска. Чтобы эффективно поймать воду, исследователи использовали трюк. Они установили там водоотталкивающее покрытие, чтобы капли воды стекали сами по себе и стекали в оболочку. В других системах часть энергии должна быть потрачена на сбор воды. Однако в этом нет необходимости, говорят ученые.
«В долгосрочной перспективе мы могли бы применить наш прибор и на поверхности моря», надеется Хехлер. Даже на высоте в два метра над уровнем моря по-прежнему преобладает 80-процентная влажность, неисчерпаемый резервуар, если сочетать конденсаторы с опреснительными установками.