Naukowcy z UNLV opracowali przełomową technologię, która skutecznie pobiera duże ilości wody z powietrza, nawet w warunkach skrajnie niskiej wilgotności.
Zainspirowana naturalnymi procesami obserwowanymi u żab drzewnych i roślin powietrznych, technologia ta wykorzystuje membranę hydrożelową i może być zasilana energią słoneczną, zapewniając zrównoważone źródło wody dla suchych regionów.
Przekształcanie powietrza w wodę
Zamiana otaczającego nas powietrza w wodę pitną od dawna wydawała się cudem, bliższym fantastyce naukowej niż rzeczywistości – zwłaszcza jeśli chodzi o uchwycenie zrównoważonych ilości wody z suchych środowisk o niskiej wilgotności.
Jednak w obliczu pogłębiającej się megasuszy, która wpływa na zaopatrzenie w wodę na południowym zachodzie, naukowcy z Uniwersytetu Nevada w Las Vegas (UNLV) opracowali przełomową technologię, która może pobierać znaczne ilości wody nawet z suchego powietrza. Wyniki ich badań opublikowano 22 października w czasopiśmie „ Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS).
Postęp w pozyskiwaniu wody atmosferycznej
Kierownikiem tego innowacyjnego projektu jest profesor inżynierii mechanicznej UNLV H. Jeremy Cho, który wraz ze swoim zespołem wprowadził całkowicie nowe podejście do pozyskiwania wody atmosferycznej — przekształcania pary wodnej zawartej w powietrzu w użyteczną formę. W przeciwieństwie do istniejących technologii, które zapewniają niskie plony i wilgotność poniżej 30%, ta nowa metoda została zaprojektowana tak, aby działać wydajnie nawet w ekstremalnie suchych warunkach.
„Ten artykuł naprawdę udowadnia, że można wychwytywać wodę z bardzo dużą szybkością” – powiedział Cho. „Możemy zacząć prognozować, jak duży system będziemy potrzebować, aby wyprodukować określoną ilość wody. Jeśli mam jeden metr kwadratowy, czyli około trzech stóp na trzy stopy, możemy wygenerować około galona wody dziennie w Las Vegas i do trzech razy więcej w wilgotnym środowisku”.
Uchwycenie wody inspirowane naturą
Ta technologia i podejście zostały przetestowane na zewnątrz w Las Vegas i są skuteczne przy wilgotności do 10%. Wychwytuje bezpośrednio wodę w postaci ciekłego roztworu soli, który nadaje się do późniejszego przetworzenia na wodę pitną lub do produkcji energii, zapewniając nowe możliwości regionom suchym.
Kluczowym składnikiem tego procesu jest „skóra” membrany hydrożelowej. Inspiracją dla tego materiału jest natura – w szczególności żaby drzewne i rośliny powietrzne, które wykorzystują podobną technikę do transportu wody z otaczającego powietrza do cieczy w celu wewnętrznego magazynowania.
„Przyjęliśmy ten biologiczny pomysł i próbowaliśmy to zrobić na swój własny sposób” – powiedział. „W przyrodzie dzieje się tyle fajnych rzeczy – wystarczy się rozejrzeć, uczyć się i szukać inspiracji”.
Energia słoneczna zwiększa zrównoważony rozwój
Ponadto badanie pokazuje, że gromadzenie wody atmosferycznej może być zasilane energią słoneczną. Dzięki częstemu nasłonecznieniu w miejscach takich jak Dolina Las Vegas – gdzie średnio jest 300 słonecznych dni w roku, światło słoneczne może dostarczyć wystarczającą ilość energii, aby zmniejszyć teoretyczne i ostateczne koszty wytwarzania wody.
„Nasze zasoby wodne się wyczerpują, a klimat naszej planety się zmienia” – stwierdził Cho. „Aby osiągnąć zrównoważony rozwój, musimy zmienić nasze nawyki. Cały ten pomysł wydawał się science fiction, ale jest to możliwe i faktycznie to robimy.
Komercyjne zastosowanie technologii pozyskiwania wody
Badania są już wprowadzane w praktyczne zastosowanie w postaci WAVR Technologies, Inc. Cho był współzałożycielem tego startupu UNLV, tworząc urządzenia zdolne do wychwytywania pary wodnej z otaczającego nas powietrza do zastosowań komercyjnych i indywidualnych.
WAVR to najważniejsza uniwersytecka spółka wydzielona z programu Regional Innovation Engines prowadzonego przez Narodową Fundację Nauki (NSF), którego celem jest wprowadzanie na rynek technologii rozwiązujących regionalne problemy związane ze zrównoważonym rozwojem i klimatem.
Odniesienie: „Wysokowydajne wychwytywanie wody atmosferycznej poprzez segregację materiałów inspirowanych biologią” autorstwa Yiwei Gao, Areianna Eason, Santiago Ricoy, Addison Cobb, Ryan Phung, Amir Kashani, Mario R. Mata, Aaron Sahm, Nathan Ortiz, Sameer Rao i H. Jeremy Cho, 22 października 2024 r., Postępowanie Narodowej Akademii Nauk.
DOI: 10.1073/pnas.2321429121
