Специалисты Южного федерального университета разрабатывают экономически эффективную технологию получения питьевой воды из воздуха, которая способна работать даже в условиях засушливого пустынного климата. Для этого они предлагают использовать установку со специальным сорбентом, который накапливает влагу ночью и отдает ее днем, нагреваясь на солнце. Ученые уже располагают опытным образцом устройства и проводят его полевые испытания. Использовать изобретение можно в любых засушливых регионах. Его не нужно подключать ни к электрическим сетям, ни к другой инфраструктуре, поэтому оно полностью автономно. Работа была инициирована при поддержке Фонда содействия инновациям.
— Разработка автономного генератора воды из атмосферного воздуха прежде всего призвана решить проблему нехватки питьевой воды в регионах с засушливым и пустынным климатом, а также в регионах с отсутствием инфраструктуры — водопроводов и очистных сооружений. В первую очередь речь идет о странах Африки и бедных государствах Юго-Восточной Азии — сказал заведующий лабораторией новых образовательных технологий ЮФУ Илья Панкин.
Заведующий лабораторией новых образовательных технологий ЮФУ Илья Панкин
Идея генерации воды из воздуха, даже в условиях сверхзасушливого пустынного климата, подсмотрена учеными у самой природы. Еще в 2001 году в одном из ведущих мировых научных журналов появилась статья «Сбор воды пустынными жуками», в которой описано, как жуки в пустынях Намибии собирают капли росы с помощью выступов и ложбинок на своем теле. Российские ученые попытались сделать то же самое с помощью специального пористого материала.
Это сорбент на основе металл-органического каркасного полимера, который улавливает воду благодаря очень пористой структуре. В течение ночного цикла, когда влажность воздуха слегка увеличивается по сравнению с дневными значениями, материал поглощает значительное количество молекул воды, а в условиях дневного — под воздействием солнечных лучей он нагревается и высвобождает влагу, которая затем адсорбируется на поверхности пластины металлического конденсатора.
Подобные технологии разрабатывают ученые по всему миру. Например, сейчас в некоторых странах Африки проходят полевые испытания водяные башни проекта Warka Tower. Однако они способны работать при среднесуточной влажности не менее 50%. А этому показателю соответствует только небольшая часть засушливых регионов. Разработка российских специалистов может абсорбировать воду при среднесуточной влажности воздуха даже менее 25%. Другим аналогом систем для генерации воды из воздуха могут быть установки, работающие на принципе сжатия до высоких давлений и охлаждения больших воздушных масс. Но они неавтономны и требуют большого потребления электроэнергии, а значит, не могут быть использованы в районах без развитой инфраструктуры и доступа к электричеству.
500 дней
Согласно подсчетам и тестовым испытаниям исследователей ЮФУ, использовать материал можно как минимум в течение 500 циклов. В этом случае стоимость производства 1 л составит около 9–10 рублей, что дешевле розничной стоимости такого же объема бутилированной воды. К тому же сорбент прост в производстве. Для этого не нужны дорогие реактивы, как, например, соединения благородных металлов, которые часто используются в пористых катализаторах. Нет необходимости и в химических соединениях высокой аналитической чистоты, что также может удешевить производство. А благодаря стандартным методам синтеза процесс производства сорбента при необходимости можно легко масштабировать.
Установки для сбора воды из воздуха в засушливых регионах актуальны и перспективны. Если такой прибор достаточным коэффициентом полезного действия установить в каждом домохозяйстве, то, возможно, часть потребностей в воде для питья будет покрыта, пояснил «Известиям» доцент департамента экологической безопасности и менеджмента качества продукции Института экологии РУДН Владимир Пинаев. По его словам, эффективность напрямую зависит от общей влажности и даже от температуры окружающей среды.
— Сможет ли такая установка решить проблему нехватки питьевой воды, будет зависеть от ее КПД. В принципе добыть небольшое количество воды из воздуха, достаточное для поддержания жизнедеятельности человека, вполне возможно. В случае со странами, имеющими дефицит пресной воды, и отдаленными регионами важно применять установки, не требующие источников энергии. Для малообеспеченных регионов наиболее предпочтительным вариантом может считаться устройство, не требующее замены частей, например сорбирующего материала. При этом важно учитывать вопросы гигиены — необходимо очищать и дезинфицировать емкости для сбора воды, — сказал Владимир Пинаев.
В воздухе всегда присутствует ночная роса, поэтому если правильно пропустить его через устройство так, чтобы она оседала, вполне реально получить воду. При температуре +40 ℃ и влажности 25% в воздухе больше воды, чем при +10 ℃ и 100%, поэтому такие установки хорошо подойдут для теплых стран, пояснил координатор программы экологизации промышленности Центра охраны дикой природы Игорь Шкрадюк.
— Использовать такую систему лучше всего там, где есть большие суточные перепады влажности и температуры. Это может быть Северный Кавказ, Астраханская область, Калмыкия, Волгоградская и Оренбургская области, Забайкальский край, Казахстан. Существуют также обширные возможности для экспорта в Азию и Африку, — сказал он.
Важно, чтобы сорбирующий материал был не только нейтрален на вкус, но и не позволял развиваться патогенным микроорганизмам внутри своей структуры, добавила заместитель директора Института экологии РУДН Ирина Головачева.
