Новий водозбиральний комбайн на сонячних батареях, розроблений KAUST, використовує самопідтримуваний цикл, натхненний природними рослинними процесами, для ефективного вилучення води з повітря, не потребуючи ручного обслуговування та обіцяючи доступні рішення для води для посушливих регіонів.
Навіть у посушливих регіонах світу повітря зазвичай вологе. Ця волога має потенціал для забезпечення необхідною водою для пиття та поливу. Однак добувати воду з повітря складно. Дослідники KAUST розробили нову технологію, яка може постійно витягувати літри води з повітря щодня, не вимагаючи регулярного ручного обслуговування.
Збір води з повітря не є новою ідеєю чи навіть новою технологією, але існуючі системи на сонячних батареях є незграбними.
Комбайни на сонячних батареях працюють за двоступеневим циклом. Абсорбуючий матеріал спочатку захоплює воду з повітря, а коли він насичений, система герметизується та нагрівається сонячним світлом, щоб витягти захоплену воду. Чергування між двома етапами вимагає або ручної праці, або системи перемикання, що додає складності та вартості. Новий комбайн, розроблений у KAUST, не потребує ні того, ні іншого — він пасивно перемикається між двома етапами, тому може безперервно працювати без стороннього втручання.
Інноваційний дизайн, натхненний природою
«Наше початкове натхнення прийшло під час спостереження за природними процесами: зокрема, як рослини ефективно транспортують воду від коренів до листя за допомогою спеціалізованих структур», — каже постдоктор Кайдзі Янг, який керував дослідженням.
Це дало команді ключову ідею для їх нової системи. «У нашій системі масові транспортні мости відіграють вирішальну роль як з’єднання між «відкритою частиною» для захоплення атмосферної води та «закритою частиною» для виробництва прісної води», – пояснює Ян.
Масові транспортні мости являють собою набір вертикальних мікроканалів, заповнених сольовим розчином, який поглинає воду. Багатий водою сольовий розчин тягнеться вгору по каналу за допомогою тієї ж капілярної дії, яка тягне воду вгору по стеблах рослин, а потім концентрований сольовий розчин дифундує назад, щоб зібрати більше води. «Завдяки оптимізації транспортування маси та тепла всередині системи ми підвищили її ефективність», — каже Тінгтінг Пан, інший постдоктор, який працював над проектом.
Під час тестування системи в Саудівській Аравії кожен квадратний метр виробляв 2-3 літри води на день влітку і близько 1-3 літрів на день восени. Під час випробувань команда використовувала систему протягом кількох тижнів без необхідності обслуговування. Вони також показали, що його можна використовувати як пряме точкове джерело для зрошення китайської капусти та дерев пустелі.
«Матеріали, які ми використовували, — водовідвідна тканина, недорога гігроскопічна сіль і пластиковий каркас. Ми вибирали матеріали з огляду на їх доступність і доступність, тому ми очікуємо, що ціна доступна для широкомасштабного застосування в регіонах з низьким рівнем доходу», — каже Цяоцян Ган, один зі старших авторів дослідження.
