Системы сбора пресной воды
недороги, эффективны и экологичны,..
Но этого мало.
От нехватки питьевой воды страдает более 40% мирового населения ‒ примерно 3 млрд 600 млн человек. Причин называется множество: рост численности населения и потребления воды, экономика, нехватка эффективных методов очистки, их дороговизна, рост расходов пресноводных ресурсов в промышленности.
Сегодня ведётся множество исследований на тему добычи воды; в том числе ‒ из окружающего воздуха. Множество исследователей занято в этой сфере, поскольку к системам сбора влаги и превращения его в жидкость предъявляется множество требований: они должны быть экологичны и недороги; просты в монтаже, эксплуатации и возможном ремонте, а также легко масштабируемы.
Майкл Тэм, профессор Университета Ватерлоо, вместе со своими аспирантами И Ван и Вэйнань Чжао добились на этом поприще внушительных успехов, разработав мембраны с большой площадью поверхности, которые, как губки, постоянно улавливают влагу из окружающей среды.
Традиционно пресную воду для потребления собирают из рек, озёр, подземных вод и океанов (с очисткой), а также конденсированием в глубоких колодцах. Но технологии, которые разрабатывает доктор Тэм с командой, идут несколько другим путём: учёные подсматривают решения у живой природы.
Можно сказать, что в этом заключается принципиальная позиция профессора. Для большей устойчивости своих технологий, он работает с веществами с нулевым выбросом углерода ‒ таких как натуральные и растительные материалы. Его группа разрабатывает решения, которые в состоянии улавливать и отталкивать капли воды благодаря возможностям науки в сфере межфазных границ и нанотехнологий. Ранее учёный успешно разработал супергидрофобную и водонепроницаемую бумагу, а сегодня он занят разработкой интеллектуальной настраиваемой поверхности, которая улавливает воду из воздуха и осушает её с минимальным потреблением энергии.
«Паутина ‒ это чудо инженерной мысли, ‒ говорит заведующий кафедрой университетских исследований в области функциональных коллоидов и устойчивых наноматериалов профессор Тэм. ‒ Вода эффективно улавливается паутиной. Пауку не нужно идти к реке, чтобы напиться, поскольку он улавливает влагу из воздуха».
Точно так же жуки пустыни Намиб, не имея доступа к воде, добывают её из воздуха: наклоняясь навстречу ветру, они улавливают живительные капли воды из тумана своим текстурированным бронежилетом, что позволяет влаге скапливаться в более-менее крупные капли, которые просто стекают насекомому в рот.
Руководствуясь этими фактами, исследовательская группа попыталась сымитировать уникальную структуру поверхности жука, которая и позволяет улавливать влагу и быстро собирать её в более крупные капли. Оказалось, что аналогичную структуру получается воспроизвести посредством стабилизированной целлюлозой восковой эмульсии. Эту разработку команда назвала «сбором атмосферной воды».
Предлагаемые профессором и его коллегами системы получились экологически безопасными, недорогими и довольно эффективными по энергозатратам. Так что сегодня можно утверждать, что для внедрения в эксплуатацию у технологии остался всего один шаг: разработка масштабируемости процессов проектирования и производства таких поверхностей.
Сегодня есть множество способов собирать влагу из воздуха, и, тем не менее, они не могут полностью нивелировать дефицит пресной воды, который уже на нашем веку рискует вырасти из локальной проблемы некоторых регионов до глобального статуса. Проблема изменения климатических условий стимулирует развитие всепогодных технологий сбора воды, и ценность данной попытки обозреть конструктивные возможности поверхностей и манипуляций с активными компонентами в том, что она предлагает нам конкретные, уже практически готовые решения.
Воспользуемся ли мы открывающимися возможностями – вопрос во многом риторический. Сегодня полностью обеспечена пригодной для употребления водой только треть человечества. Разной же степени доступ к чистой воде на 2020 год имели 74% жителей планеты, а 20-ю годами ранее ‒ только 62%. Это, конечно, не может не радовать, но обратите внимание: оставшиеся 26% населения до сих пор не имеют такой возможности. А ведь это более 2 млрд человек.
По материалам АРМК.