Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) разработали технологию, которая впервые позволяет в круглосуточном режиме собирать питьевую воду из атмосферы, независимо от погоды и без затрат какой-либо энергии. Об этом сообщает сайт The Brighter Side. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Пресной воды не хватает во многих частях мира, и ее необходимо получать, зачастую – с большими затратами. Например, опресняя морскую воду для этой цели, но для этого требуется большое количество энергии. Но на удалении от морского побережья нередко единственным оставшимся вариантом является конденсация атмосферной влаги путем охлаждения либо с помощью процессов, которые также требуют больших затрат энергии, либо с использованием «пассивных» технологий, использующих перепад температур в период между днем и ночью.
Однако фактически при современных пассивных технологиях, таких как пленка для сбора росы, забор воды возможен только ночью. Это связано с тем, что солнце в течение дня нагревает фольгу, что делает невозможным образование конденсата.
Исследователи из ETH Zurich разработали технологию, которая впервые позволяет собирать воду 24 часа в сутки, без затрат энергии, и даже под палящим солнцем. Новое устройство состоит из стекла со специальным покрытием, которое не только отражает солнечное излучение, но и отводит собственное тепло, излучая его далеко наружу. Таким образом, покрытие охлаждается до 15 градусов по Цельсию ниже температуры окружающей среды.
Ученые покрыли стекло специально разработанными слоями полимера и серебра. Этот особый подход к покрытию заставляет стекло испускать инфракрасное излучение с определенной длиной волны в космическое пространство без поглощения атмосферой и отражения его обратно.
В итоге на нижней стороне такого стекла водяной пар, поступающий из атмосферного воздуха, конденсируется в воду. Процесс представляет собой примерно то же, что можно наблюдать на плохо утепленных окнах зимой.
Еще одним ключевым элементом устройства является экран конусообразной формы. Он в значительной степени отклоняет тепловое излучение от атмосферы и защищает стекло от поступающего солнечного излучения, позволяя устройству излучать вышеупомянутое собственное тепло наружу и, таким образом, полностью пассивно самоохлаждаться.
Как показали испытания нового устройства в реальных условиях на крыше здания ETH в Цюрихе, новая технология может производить как минимум в два раза больше воды на единицу площади в день, чем лучшие современные пассивные технологии на основе фольги. Небольшая пилотная система с диаметром стекла 10 сантиметров доставляла 4,6 миллилитров воды в день в реальных условиях. Соответственно, более крупные устройства с более габаритными стеклами будут производить больше воды.
Исследователи из ETH Zurich смогли показать, что в идеальных условиях они могут собирать до 0,53 децилитра воды на квадратный метр поверхности стекла в час. «Это близко к теоретическому максимальному значению в 0,6 децилитра в час, которое невозможно превысить физически», – пояснил Иван Хехлер. Он является докторантом в группе Димоса Пуликакоса, профессора термодинамики в ETH Zurich.
Другие технологии обычно нуждаются в удалении конденсата с поверхности, что также требует некоторых затрат энергии. Без этого шага значительная часть сконденсировавшейся воды на поверхности препятствует дальнейшей конденсации.
Для решения этой задачи швейцарские исследователи нанесли новое супергидрофобное (чрезвычайно водоотталкивающее) покрытие на нижнюю сторону стекла своего водяного конденсатора. Это приводит к тому, что сконденсированная вода собирается в капли и стекает или капает сама по себе. «В отличие от других технологий, наша действительно может работать без дополнительной энергии, что является ключевым преимуществом», – отметил Хехлер.
Целью исследователей ETH Zurich было разработать технологию для стран с дефицитом воды и, в частности, для развивающихся и небогатых стран. Теперь, говорят они, у других ученых есть возможность доработать эту технологию или комбинировать ее с другими методами, такими как опреснение воды, для увеличения их выхода.
Производство емкостей с инновационным покрытием относительно простое, что открывает путь сооружению более крупных водяных конденсаторов, чем существующая пилотная система. Подобно тому, как солнечные батареи состоят из нескольких модулей, установленных рядом друг с другом, несколько подобных водяных конденсаторов также могут быть расположены рядом, чтобы собрать воедино крупномасштабную систему водоснабжения.