Nature Water: создан эффективный сборщик воды для пустыни
Изображение: Nature Water (2023)
Ученые Калифорнийского университета в Беркли создали устройство, которое способно пассивно улавливать и собирать молекулы воды из воздуха, используя в качестве источника энергии солнечный свет. Оно было успешно протестировано в Долине Смерти, в пустыне Мохаве. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Water.
Сборщик воды содержит ультрапористый материал, который является металлоорганическим каркасом (МОК), состоящим из атомов металла и органических молекул. Другие научные группы применяли такие пористые и гигроскопические материалы, как цеолиты, гидрогели и соли, однако ни один из уже существующих сборщиков воды не может эффективно работать в экстремально засушливых условиях, используя только солнечный свет.
Перенос тепла и энергии внутри устройства под солнечным излучением был предварительно исследован с помощью компьютерного моделирования. В качестве мембранного материала для улавливания молекул воды был выбран МОК-303 — трехмерный каркас, состоящий из Al(OH) и 1H-пиразол-3,5-дикарбоксилата, чьи характеристики по улавливанию воды подходят для работы при низкой относительной влажности воздуха.
Мембраны в форме дисков диаметром 38 миллиметров и высотой 0,8 миллиметра помещались в картридж, который ночью находился на открытом воздухе для захвата атмосферной воды, а днем перемещался в корпус прибора. За счет солнечного нагрева вода высвобождалась из мембран в виде пара и конденсировалась на алюминиевом радиаторе, после чего стекала в сборный сосуд.
Испытания показали, что устройство оказалось способно собрать до 285 граммов воды на килограмм МОК в день при температурах 21,9-60,7 градуса Цельсия при относительной влажности 9,4-36 процентов. Благодаря компактной и модульной конструкции была достигнута производительность по воде 200 граммов на квадратный метр в сутки, что в три раза выше, чем у предыдущего устройства, разработанного той же командой (65 граммов на кубический метр в сутки).
