Учёные создали комбинированное устройство на солнечной энергии, собирающее пригодную к использованию воду прямо из воздуха

Доступ к чистой воде остаётся одной из самых больших проблем, стоящих перед человечеством. Изобретение учёных из Техасского университета в Остине предлагает новое решение в виде устройства на солнечной энергии, которое поглощает влагу из воздуха и возвращает её в виде чистой воды, пригодной для использования.

Изобретение, описанное в недавнем выпуске журнала Advanced Materials , может быть использовано при чрезвычайных ситуациях, в районах бедствий или в бедных странах. Технология основана на гидрогелях — гибридных гелево-полимерных материалах, обладающих свойствами «супер-губки», которые могут удерживать большое количество воды.

Исследовательская группа во главе с Гуйхуа Ю в Технической школе Остина в Кокрелле в штате Юта использовала гидрогели, которые являются одновременно очень гигроскопичными и могут выделять воду при нагревании. Эта уникальная комбинация успешно зарекомендовала себя в условиях как влажного, так и сухого климата и имеет решающее значение для производства чистой и безопасной питьевой воды из воздуха.

Учитывая, что в атмосфере содержится около 50 тысяч кубических километров воды, эта новая система может задействовать эти запасы и потенциально привести к созданию небольших, недорогих и переносных систем фильтрации.

«Мы разработали полностью пассивную систему, в которой всё, что нужно сделать — это оставить гидрогель снаружи на воздухе, и он будет собирать воду, — сказал Фэй Чжао, один из авторов исследования. — Собранная вода будет храниться в гидрогеле до тех пор, пока вы не подвергнете его воздействию солнечного света. Приблизительно через пять минут при естественном солнечном освещении происходит выделение воды».

Эта технология основана на другом совместном изобретении Ю и Чжао, сделанном ими в 2018 году, когда они разработали инновационную технологию очистки воды на солнечной энергии с использованием гидрогелей, которые очищают воду из любого источника.

Инновационная разработка это ещё один шаг вперёд, предлащающий использовать воду, которая уже находится в атмосфере. Для технологий, основанных на гидрогеле, Ю и его исследовательская группа разработали способ объединения материалов, обладающих как гигроскопическими (водопоглощающими) свойствами, так и термочувствительной гидрофобностью (способностью выделять воду при простом нагревании).

«Новый материал предназначен как для сбора влаги из воздуха, так и для производства чистой воды под воздействием солнечного света, что позволяет избежать интенсивного потребления энергии», — сказал Ю, являющийся доцентом кафедры материаловедения и машиностроения.

Сбор воды из атмосферного воздуха не совсем новая концепция. Большинство холодильников охлаждают продукты именно благодаря процессу конденсации пара. Однако обычный холодильник требует много энергии для выполнения этого действия.

Предложенная учеными технология потребляет только солнечную энергию, а само устройство компактное и может производить достаточное количество воды для удовлетворения ежедневных потребностей среднего домашнего хозяйства. Испытания опытных образцов показали возможность ежедневной выработки до 50 литров воды на килограмм гидрогеля.

Представляя собой новую стратегию улучшения методов сбора атмосферной воды, используемых сегодня, эта технология может также заменить основные компоненты в существующих системах очистки воды на солнечных батареях или других технологиях поглощения влаги из воздуха.