Вода, которая когда-то считалась неисчерпаемой, в последнее время поставила мир перед беспрецедентным кризисом. Рост населения, изменение климата и неустойчивые методы ведения сельского хозяйства способствуют истощению запасов пресной воды, на долю которой приходится всего 3 % воды на Земле. В результате к 2050 году мир, по оценкам мировых экспертов, столкнется с серьезным дефицитом питьевой воды.
В последние несколько лет вопросу обеспечения жителей Земли питьевой водой уделяется особое внимание в связи с участившимися случаями засухи, вызванной глубоким нарушением водно-социального цикла: жара усиливает испарение, ручьи и реки высыхают, грунтовые воды с трудом пополняются, в связи с чем во многих регионах Земли доступ к воде больше не гарантируется повсеместно.
В указанных условиях ведутся активные исследования по извлечению воды из атмосферы в качестве потенциального решения для обеспечения питьевой водой миллиардов людей, испытывающих хроническую ее нехватку.
Извлечение воды из воздуха - это труднодостижимая задача, которая десятилетиями не давала покоя ученым. Даже в пустынном климате воздух содержит водяной пар. Но для его конденсации в резервуар или стакан требуется низкая температура. Иными словами, процесс, типа утренней росы. Температура, при которой вода в воздухе конденсируется в маленькие капельки, называется точкой росы, которая обычно возникает ночью, когда воздух наиболее прохладный. В засушливых регионах с низкой относительной влажностью воздуха эта точка росы очень низкая. Современные системы конденсации воды требуют слишком много энергии, чтобы их можно было использовать в условиях засушливого климата. Некоторые соли или другие материалы работают, но сбор воды занимает слишком много времени, чтобы это было оправдано.
Кроме того, существующие технологии рекуперации атмосферной воды имеют много недостатков, связанных с их стоимостью и эффективностью. Тем не менее, как отмечается в недавних публикациях, исследователи из Университета штата Юта нашли способы улучшить эти технологии, что позволит человечеству использовать воздух в качестве источника питьевой воды в засушливых регионах, даже в пустынях. Проведенное ими исследование позволило создать компактное устройство AWH для извлечения молекул воды из воздуха и последующего преобразования их в жидкую форму под воздействием тепла. По словам автора исследования Самира Рао, «гигроскопичные материалы впитывают воду. Одним из лучших примеров является конструкция детских подгузников». Разработанный прототип использует фумарат алюминия, сформированный в панели, которые собирают воду при всасывании воздуха. «Сами молекулы воды оказываются в ловушке на поверхности наших материалов, и этот процесс обратим. Вместо того, чтобы впитываться в материал, они оседают на стенках», - указывают исследователи Университета Юты. Один грамм этого материала имеет огромную внутреннюю поверхность. Таким образом, в устройство использованы гигроскопичные материалы, подобные металлоорганическим каркасам, которые имеют высокую избирательность и способность поглощать водяной пар. Эти материалы можно перестраивать для создания структур, специфичных для захвата водяного пара.
Финансирование исследований осуществляется из Devcom Soldier Center, программы Министерства обороны, которая способствует передаче технологий для поддержки модернизации вооруженных сил. Интерес военных к проекту проистекает из необходимости поддерживать водный баланс солдат при работе в отдаленных районах с ограниченными источниками воды. «Мы исследовали это устройство специально для использования в военных целях, чтобы солдаты могли иметь небольшой компактный генератор воды и не были вынуждены носить с собой большую флягу, наполненную водой. Это устройство буквально производит воду по требованию», - отмечают исследователи. В созданной ими технико-экономической демонстрации прототип достиг своей цели - производить 5 литров воды в день на килограмм адсорбирующего материала. Это работает из-за экзотермического характера процесса сбора воды.
Исследование, озаглавленное "Компактное устройство для сбора воды с быстрым циклом, работающее на топливе, для производства воды в течение всего дня", было опубликовано 22 июля в журнале Cell Reports Physical Science.