Получение чистой питьевой воды прямо из атмосферного воздуха — перспективная технология для засушливых регионов. Специальные высокопористые гигроскопичные материалы, такие как металло-органические каркасы (MOF), цеолиты, силикагели и специальные гидрогелевые полимеры, действуют подобно губкам, эффективно адсорбируя влагу даже из сухого воздуха. Однако главной проблемой до сих пор была медленная скорость высвобождения этой воды: традиционные системы полагаются на солнечный нагрев, который заставляет влагу испаряться и конденсироваться, что может занимать часы или даже дни.
Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) совершили прорыв, предложив принципиально новый и гораздо более быстрый метод. Вместо тепла они используют высокочастотные ультразвуковые колебания. Эти вибрации буквально "встряхивают" поглощающий материал, разрывая слабые связи, удерживающие молекулы воды. В результате вода высвобождается в виде капель всего за несколько минут, в то время как тепловым системам требуются десятки минут или часов.
Этот подход не только быстрее, но и эффективнее — по оценкам исследователей, в 45 раз. Поскольку метод не требует нагрева, устройству нужен лишь небольшой источник энергии, например, компактная солнечная батарея. Она же может служить датчиком, определяющим, когда материал насыщен влагой, что позволяет системе работать в полностью автоматическом режиме, собирая и отдавая воду многократно в течение дня.
Однако при масштабировании технологии для реального применения, особенно в условиях пустынь, возникают практические вызовы. К ним относятся высокое энергопотребление для генерации ультразвука, потенциальное снижение эффективности в условиях крайне низкой влажности воздуха, необходимость регулярного обслуживания из-за засорения пылью, а также высокая стоимость создания и эксплуатации крупномасштабных установок.
"Люди давно ищут способы добычи воды из атмосферы, что могло бы стать огромным источником, особенно для пустынных регионов, где нет даже соленой воды для опреснения, — подчеркивает Светлана Борискина, ведущий научный сотрудник MIT. — Теперь у нас есть способ извлекать воду быстро и эффективно". Результаты исследования, возглавляемого Икрой Ифтехар Шуво, были опубликованы в журнале Nature Communications.
Идея применить ультразвук родилась, когда Икра Шуво, имевшая опыт работы с ультразвуком в медицинских устройствах, присоединилась к исследовательской группе. Ученые осознали, что та же технология может кардинально ускорить ключевой этап в процессе водозабора. Долгосрочная цель команды — создание надежного источника питьевой воды для сообществ, лишенных доступа к традиционным водным ресурсам, и новый метод открывает для этого значительные практические возможности, несмотря на существующие технические и экономические ограничения.
Источник: MIT ultrasonic tech pulls drinking water from air in minutes