Zasilany energią słoneczną kombajn do zbierania wody opracowany przez badaczy z projektu KAUST może w miesiącach letnich wydobywać 2–3 litry wody dziennie. Źródło: 2024 KAUST; Heno Hwang
Nowy, zasilany energią słoneczną kombajn do zbierania wody opracowany przez firmę KAUST wykorzystuje cykl samowystarczalny inspirowany naturalnymi procesami roślinnymi, aby skutecznie wydobywać wodę z powietrza, nie wymagając ręcznej konserwacji i zapewniając niedrogie rozwiązania wodne dla suchych regionów.
Nawet w suchych regionach świata powietrze jest zazwyczaj wilgotne. Wilgoć ta może potencjalnie zapewnić niezbędną wodę do picia i nawadniania. Jednak ekstrakcja wody z powietrza jest wyzwaniem. Badacze z projektu KAUST opracowali nową technologię, która pozwala codziennie wydobywać litry wody z powietrza bez konieczności regularnej ręcznej konserwacji.
Pozyskiwanie wody z powietrza nie jest nowym pomysłem ani nawet nową technologią, ale istniejące systemy zasilane energią słoneczną są nieporęczne.
Harwestery zasilane energią słoneczną pracują w cyklu dwuetapowym. Materiał chłonny najpierw wychwytuje wodę z powietrza, a po jej nasyceniu system jest uszczelniany i podgrzewany światłem słonecznym w celu ekstrakcji wychwyconej wody. Przełączanie między tymi dwoma etapami wymaga pracy ręcznej lub systemu przełączającego, co zwiększa złożoność i koszty. Nowy kombajn opracowany w KAUST nie wymaga żadnego z nich — pasywnie przełącza się pomiędzy dwoma etapami, dzięki czemu może pracować w sposób ciągły i bez interwencji.
Innowacyjny design inspirowany naturą
„Naszą początkową inspirację czerpaliśmy z obserwacji naturalnych procesów, a konkretnie tego, jak rośliny skutecznie transportują wodę z korzeni do liści przez wyspecjalizowane struktury” – mówi postdoc Kaijie Yang, która kierowała badaniem.
To dało zespołowi kluczowy pomysł na nowy system. „W naszym systemie mosty transportu zbiorowego odgrywają kluczową rolę jako połączenie między „częścią otwartą” do wychwytywania wody atmosferycznej a „częścią zamkniętą” do wytwarzania słodkiej wody” – wyjaśnia Yang.
Mosty transportu masy to zbiór pionowych mikrokanalików wypełnionych roztworem soli pochłaniającym wodę. Bogaty w wodę roztwór soli jest wciągany do kanału w wyniku tego samego działania kapilarnego, które podnosi wodę w górę łodyg roślin, a następnie stężony roztwór soli dyfunduje z powrotem w dół, aby zebrać więcej wody. „Optymalizując transport masy i ciepła w systemie, zwiększyliśmy jego wydajność i skuteczność”, mówi Tingting Pan, kolejny postdoc, który pracował nad projektem.
Podczas testowania systemu w Arabia Saudyjska, każdy metr kwadratowy wytwarzał 2-3 litry wody dziennie latem i około 1-3 litrów dziennie jesienią. Podczas testów zespół obsługiwał system przez kilka tygodni bez konieczności konserwacji. Wykazano również, że można go wykorzystać jako bezpośrednie źródło punktowe do nawadniania kapusty pekińskiej i drzew pustynnych.
„Materiały, których użyliśmy, to tkanina odprowadzająca wodę, tania higroskopijna sól i rama z tworzywa sztucznego. Wybraliśmy materiały ze względu na ich przystępną cenę i dostępność, dlatego spodziewamy się, że koszt będzie przystępny w przypadku zastosowań na dużą skalę w obszarach o niskich dochodach” – mówi Qiaoqiang Gan, jeden ze starszych autorów badania.
Odniesienie: „Napędzany energią słoneczną atmosferyczny ekstraktor wody do wytwarzania i nawadniania słodkiej wody poza siecią” autorstwa Kaijie Yang, Tingting Pan, Nadia Ferhat, Alejandra Ibarra Felix, Rebekah E. Waller, Pei-Ying Hong, Johannes S. Vrouwenvelder, Qiaoqiang Gan i Yu Han, 24 lipca 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-50715-0
