Учёные Международной лаборатории новых образовательных технологий МИИ ИМ ЮФУ разработали установку для получения воды из атмосферного воздуха. Ночью особый сорбент впитывает водяные пары, а днем, нагреваясь до умеренных температур под воздействием солнечных лучей, способен эту воду выделять.
Африканские жуки выживают в пустынях Намибии благодаря тому, что собирают на своем теле утренние капли росы, образующиеся благодаря перепадам температуры. Такое наблюдение было опубликовано зарубежными учеными еще в далеком 2001 году в престижном международном журнале Nature. Именно это наблюдение заставило ученых со всего мира задуматься над тем, что воду можно «извлекать» из воздуха даже в условиях сверхзасушливого пустынного климата.
Коллектив исследователей под руководством заведующего лабораторий Ильи Панкина занимается разработкой автономного устройства для получения воды из атмосферного воздуха под действием солнечного света на основе высокоэффективных сорбентов — металл-органических каркасных структур (MOF), которые способны «впитывать» воду даже в условиях среднесуточных значений относительной влажности не более 25%, а затем выделять воду для сбора в резервуаре при нагреве всего-навсего до 60-70оС.
«Разработка автономного генератора воды из атмосферного воздуха прежде всего призвана решить проблему нехватки питьевой воды в регионах с засушливым и пустынным климатом, а также в регионах с отсутствием инфраструктуры — водопроводов и очистных сооружений. В первую очередь речь идет о странах Африки и бедных государствах Юго-Восточной Азии», — поделился Илья Панкин.
Сорбент на основе металлорганического каркасного полимера улавливает воду благодаря чрезвычайно пористой структуре и большой площади внутренней поверхности материала. В стандартной имплементации прибор подразумевает два цикла работы: ночью, когда влажность воздуха несколько выше, материал сорбента поглощает пары воды, а днем, нагреваясь под воздействием солнечных лучей, способен высвобождать влагу, которая накапливается на специальной металлической пластине – конденсаторе.
У разрабатываемой технологии, безусловно, существует ряд альтернатив. Например, сейчас в некоторых странах Африки проходят полевые испытания водяные башни проекта Warka Tower. Однако они способны работать при среднесуточной влажности не менее 50%, такого показателя атмосферный воздух в засушливых регионах достигает редко.
Другим аналогом систем для генерации воды из воздуха могут быть установки, работающие на принципе сжатия до высоких давлений и охлаждения больших масс воздуха. Но они не автономны и требуют большого потребления электроэнергии, а значит не могут быть использованы в районах без развитой инфраструктуры и доступа к электричеству.
«Наша разработка может абсорбировать воду при среднесуточной влажности воздуха даже менее 25%. При таких показателях действуют некоторые существующие системы, работающие на принципе сжатия до высоких давлений и охлаждения больших воздушных масс, но для них нужно электричество, а наша установка полностью автономна», — объяснил Илья Панкин.
Ресурса впитывающего материала хватает на 500 циклов. Средняя стоимость литра воды, получаемого с его помощью, всего 9–10 рублей. Ученые ЮФУ уже располагают опытным образцом устройства и проводят его полевые испытания. Результаты по модификации методик синтеза и исследования материалов сорбента были опубликованы в престижном журнале Inorganica Chimica Acta, и на сегодняшней день работа была процитирована уже более 25 раз.
Работа была инициирована при поддержке Фонда содействия инновациям РФ. Вместе с заведующим лабораторией Ильей Панкиным над этим проектом в разное время трудились старший научный сотрудник МИИ ИМ Вера Бутова, сейчас постдок в институте неорганической химии Болгарской академии наук, инженер-исследователь Ольга Бурачевская и аспирант Кристина Ветлицина-Новикова.