W badaniu odkryto nową metodę dostarczania wody pitnej, która zużywa jedynie połowę energii w porównaniu z tradycyjnymi podejściami.
Jak wynika z niedawnego badania, nowy prototyp urządzenia do zbierania wody może zapewnić prostszy i skuteczniejszy sposób pozyskiwania wody pitnej z powietrza w porównaniu z tradycyjnymi urządzeniami. Ten osuszacz na bazie niklu i tytanu, wykonany z materiałów wrażliwych na temperaturę, może zebrać więcej wody z atmosfery w ciągu 30 minut niż konwencjonalne systemy, zużywając przy tym mniej więcej połowę energii.
Ponieważ szacuje się, że ponad 2 miliardy ludzi na całym świecie nie ma dostępu do czystej wody pitnej, udoskonalenie konwencjonalnych sposobów gromadzenia tak cennego zasobu znacznie ułatwiłoby dostęp do niej regionom ubogim w wodę, powiedział John LaRocco, główny autor badania i pracownik naukowy w dziedzinie psychiatrii w Ohio State University College of Medicine.
„Możesz przeżyć trzy minuty bez powietrza, trzy tygodnie bez jedzenia, ale tylko trzy dni bez wody” – powiedział LaRocco. „Ale dzięki niemu możesz zacząć rozwiązywać wiele problemów, takich jak bezpieczeństwo narodowe, zdrowie psychiczne czy warunki sanitarne, po prostu poprawiając dostępność czystej wody pitnej”.
Innowacyjna technologia chłodzenia i przenośność
Podczas gdy wiele istniejących technologii pozyskiwania wody jest dużych, energochłonnych i powolnych, urządzenie tego zespołu jest wyjątkowe ze względu na chłodzenie elastokaloryczne, w którym wykorzystuje się materiały, które mogą zmniejszyć zużycie energii, rozmiar i złożoność. Dzięki tej konstrukcji prototyp stał się na tyle przenośny, że zmieścił się w plecaku, powiedział LaRocco.
Naukowcy porównali swoje dzieło z osuszaczem, który wykorzystuje koła ze środkiem pochłaniającym wilgoć, czyli obrotowe cylindry wyłożone materiałami hydrofilowymi, których zadaniem jest wychwytywanie i usuwanie wilgoci z otaczającego strumienia powietrza. Testowali wydajność każdego urządzenia w sesjach trwających 30 minut, oceniając zużycie energii, wytwarzanie ciepła i efektywność gromadzenia wody.
Wyniki badania opublikowano niedawno w czasopiśmie Technologie.
Wyniki próby ujawniły znaczne różnice w zużyciu energii i uwypukliły, w jakich warunkach ich prototyp może być najlepiej dostosowany. Na przykład, jak twierdzi John Simon, współautor badania i student studiów licencjackich z inżynierii elektrycznej i komputerowej, poziom wilgotności w regionie, w którym używane jest ich urządzenie, może mieć wpływ na skuteczność zbierania wody.
„W porównaniu z tradycyjnym systemem kół ze środkiem osuszającym, nasz system umożliwia bardziej dynamiczne skalowanie w celu dostosowania do potrzeb środowiska” – powiedział Simonis. „Ponieważ nasze urządzenie jest bardziej modułowe, jest miejsce na duże możliwości adaptacji”.
Autorzy zauważyli, że takie miejsca jak Filipiny, Indonezja, Haiti, a nawet Ohio to tylko niektóre z miejsc, w których standardowa wilgotność spada na tyle, aby prototyp mógł osiągnąć maksymalną wydajność.
Bezpieczna produkcja wody i względy materiałowe
Woda wytwarzana przez ich urządzenie nadaje się łatwo do picia, powiedział Simonis, ale ponieważ ich urządzenie jest również wykonane z materiałów drukowanych w 3D, które z czasem mogą ulegać degradacji, musi być mocno filtrowana, aby ograniczyć ilość mikroplastików, które ktoś mógłby spożyć, gdyby wypił ją natychmiast.
Według statystyk Organizacji Narodów Zjednoczonych jedynie około 0,5% zasobów wody na Ziemi to wody słodkie i zdatne do spożycia przez ludzi. Zmiany środowiskowe spowodowane wojną, zanieczyszczeniem i zmianami klimatycznymi również pozostają czynnikami ryzyka trwającego światowego kryzysu wodnego.
Ponieważ klęski żywiołowe i sytuacje nadzwyczajne o zasięgu międzynarodowym będą w dalszym ciągu zaostrzać te problemy, konieczne jest znalezienie sposobów twórczego pozyskiwania wody w celu wsparcia marginalizowanych populacji, stwierdziła Qudsia Tahmina, współautorka badania i profesor nadzwyczajny ds. praktyki w dziedzinie inżynierii elektrycznej i komputerowej.
To powiedziawszy, możliwość zapewnienia spójności urządzeń, które mogą pozyskiwać odnawialne zasoby z powietrza, pomoże uczynić ten proces zarówno bardziej ekonomicznym, jak i wykonalnym, jak zauważa badanie. To cel, który, jeśli zostanie osiągnięty, będzie miał wpływ na każdy aspekt życia na Ziemi, powiedział LaRocco.
„Mamy nadzieję, że czysta woda dla reszty świata nie jest tylko mrzonką” – powiedział.
Korzystanie z modele zespołuspołeczeństwo może poeksperymentować ze stworzeniem własnego osuszacza. Jednak chociaż ich prototyp jest obecnie przeznaczony do użytku indywidualnego, w przyszłości można go z łatwością zoptymalizować pod kątem potrzeb gospodarstwa domowego lub większej społeczności, powiedział Simonis.
„Możliwe jest opracowanie niewiarygodnie dużej wersji naszego prototypu” – powiedział. „Może wydobyć tyle wody w ograniczonym czasie i uzyskać taką samą efektywność energetyczną, jak w przypadku kogoś, kto ma mniejsze urządzenie i pracuje przez cały czas”.
Odniesienie: „Porównanie elastokalorycznego chłodzenia i osuszaczy kołowych ze środkiem osuszającym do gromadzenia wody w atmosferze” autorstwa: John LaRocco, Qudsia Tahmina, John Simonis i Vidhaath Vedati, 29 września 2024 r., Technologie.
DOI: 10.3390/technologie12100178
