Получение воды из воздуха: Бесплатная вода из воздуха — Самарский университет

Создана установка для получения питьевой воды из воздуха

https://ria.ru/20201013/voda-1579616921.html

Создана установка для получения питьевой воды из воздуха

Создана установка для получения питьевой воды из воздуха — РИА Новости, 13.10.2020

Создана установка для получения питьевой воды из воздуха

Американские ученые вместе с коллегами из Южной Кореи разработали прототип установки, вырабатывающей воду из воздуха даже при очень невысокой влажности… РИА Новости, 13.10.2020

2020-10-13T18:00

2020-10-13T18:00

2020-10-13T18:03

наука

технологии

массачусетский технологический институт

открытия — риа наука

физика

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e4/0a/0d/1579604695_0:150:2200:1388_1920x0_80_0_0_01c6733a4b07c3924541f9c641f53e55.jpg

МОСКВА, 13 окт — РИА Новости. Американские ученые вместе с коллегами из Южной Кореи разработали прототип установки, вырабатывающей воду из воздуха даже при очень невысокой влажности. Источником энергии для нее служит солнечная батарея. Описание разработки приведено в журнале Joule.Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) три года назад создали концепцию системы, которая, используя суточные перепады температур, собирала ночью влагу на поверхности адсорбирующего материала. На следующий день, когда материал нагревался солнечным светом, вода выходила из структуры адсорбента, конденсируясь на нижней теневой стороне сборной пластины.Изначально в качестве адсорбента ученые применяли металлоорганические каркасы — дорогие и не очень производительные. В новом варианте установки используется природный адсорбирующий материал цеолит — микропористый алюмофосфат железа. Он широко доступен, стабилен и высокоэффективный. Кроме того, система стала двухступенчатой — разработчики добавили вторую стадию десорбции и конденсации. Батарея собирает солнечное тепло на поверхности системы и нагревает цеолит, который отдает влагу, накопленную за ночь, в виде пара. Пар конденсируется на медной пластине коллектора, расположенной над вторым слоем цеолита. И при этом также выделяется тепло, которое используется для высвобождения водяного пара из второго цеолитового слоя. Капли воды, собранные с обоих слоев, направляются в резервуар.Производительность системы составляет около 0,8 литра воды на квадратный метр в день, что вдвое больше по сравнению с более ранней версией. Точные показатели зависят от местных колебаний температуры, солнечного потока и влажности. Авторы отмечают, что во время испытаний прототипа на крыше Массачусетского технологического института показатели были существенно выше. Но даже плановой производительности, по их мнению, достаточно, чтобы обеспечить питьевой водой несколько человек в отдаленных засушливых районах с ограниченным доступом к электричеству.Кроме того, уже сейчас известны материалы, которые имеют адсорбцию примерно в пять раз большую, чем цеолит, и их использование, по мнению ученых, приведет к соответствующему увеличению выхода воды. Подобные двухступенчатые системы использовались ранее в других областях, например, для опреснения. «Но никто не пошел по пути их использования для сбора атмосферной воды», — приводятся в пресс-релизе MIT слова руководителя исследования, профессора Эвелин Ван (Evelyn Wang).Существующие системы сбора воды из тумана и росы работают только в условиях высокой влажности — не менее 50 процентов — и очень энергоемкие, так как требуют постоянного охлаждения конденсационных поверхностей. Новая же установка может работать даже в сухих регионах, используя лишь тепло солнца или другого природного источника.Ученые продолжают работу над улучшением материалов и конструкции устройства, а также адаптацией его к конкретным практическим ситуациям. В частности, они разрабатывают портативную версию для полевых экспедиций.

https://ria.ru/20200917/voda-1577410292.html

https://ria.ru/20200914/nanodvigatel-1577227375.html

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

1

5

4. 7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

1920

1080

true

1920

1440

true

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e4/0a/0d/1579604695_105:0:2200:1571_1920x0_80_0_0_ff581f1db4ee5d70f60fefb448766906.jpg

1920

1920

true

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

1

5

4.7

96

internet-group@rian. ru

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

технологии, массачусетский технологический институт, открытия — риа наука, физика

Наука, Технологии, Массачусетский технологический институт, Открытия — РИА Наука, Физика

МОСКВА, 13 окт — РИА Новости. Американские ученые вместе с коллегами из Южной Кореи разработали прототип установки, вырабатывающей воду из воздуха даже при очень невысокой влажности. Источником энергии для нее служит солнечная батарея. Описание разработки приведено в журнале Joule.

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) три года назад создали концепцию системы, которая, используя суточные перепады температур, собирала ночью влагу на поверхности адсорбирующего материала. На следующий день, когда материал нагревался солнечным светом, вода выходила из структуры адсорбента, конденсируясь на нижней теневой стороне сборной пластины.

Изначально в качестве адсорбента ученые применяли металлоорганические каркасы — дорогие и не очень производительные. В новом варианте установки используется природный адсорбирующий материал цеолит — микропористый алюмофосфат железа. Он широко доступен, стабилен и высокоэффективный.

Кроме того, система стала двухступенчатой — разработчики добавили вторую стадию десорбции и конденсации. Батарея собирает солнечное тепло на поверхности системы и нагревает цеолит, который отдает влагу, накопленную за ночь, в виде пара. Пар конденсируется на медной пластине коллектора, расположенной над вторым слоем цеолита. И при этом также выделяется тепло, которое используется для высвобождения водяного пара из второго цеолитового слоя. Капли воды, собранные с обоих слоев, направляются в резервуар.

17 сентября 2020, 21:00Наука

Ученые открыли новое состояние воды

Производительность системы составляет около 0,8 литра воды на квадратный метр в день, что вдвое больше по сравнению с более ранней версией. Точные показатели зависят от местных колебаний температуры, солнечного потока и влажности. Авторы отмечают, что во время испытаний прототипа на крыше Массачусетского технологического института показатели были существенно выше. Но даже плановой производительности, по их мнению, достаточно, чтобы обеспечить питьевой водой несколько человек в отдаленных засушливых районах с ограниченным доступом к электричеству.

Кроме того, уже сейчас известны материалы, которые имеют адсорбцию примерно в пять раз большую, чем цеолит, и их использование, по мнению ученых, приведет к соответствующему увеличению выхода воды.

Подобные двухступенчатые системы использовались ранее в других областях, например, для опреснения. «Но никто не пошел по пути их использования для сбора атмосферной воды», — приводятся в пресс-релизе MIT слова руководителя исследования, профессора Эвелин Ван (Evelyn Wang).

Существующие системы сбора воды из тумана и росы работают только в условиях высокой влажности — не менее 50 процентов — и очень энергоемкие, так как требуют постоянного охлаждения конденсационных поверхностей. Новая же установка может работать даже в сухих регионах, используя лишь тепло солнца или другого природного источника.

Ученые продолжают работу над улучшением материалов и конструкции устройства, а также адаптацией его к конкретным практическим ситуациям. В частности, они разрабатывают портативную версию для полевых экспедиций.

14 сентября 2020, 18:02Наука

Ученые создали нанодвигатель на воде

Установки для получения воды из воздуха без электричества (фото+видео+конструкция)

На начальном этапе строительства у многих нет водоснабжения. Не все сразу бурят скважину или проводят водопровод. Хотя, в США, большинство строек частного сектора начинается с прокладки коммуникаций.

Помню времена, когда привозил воду для своих нужд из соседнего озера в 80 л бочках. В теории и даже на практике существуют установки, которые позволяют получать воду из атмосферной влаги. Посмотрим на некоторые разработки, не требующие питания от электросетей или вообще не требующие никакого электричества.  

Установка AirDrop. Представляет из себя надземную часть, штангу с солнечной батареей для вентилятора циркуляции воздуха и подземной части с медным змеевиком, в котором конденсируется влага.

Летом воздух может иметь влажность до 80% даже в нашем климате. Проходя через охлажденный грунтом змеевик – на его стенках конденсируется вода и стекает в резервуар. Вода выкачивается насосом с питанием от АКБ. Они подзаряжаются той же солнечной батареей. 

 

Другая установка, не требующая электричества даже вырабатываемого от солнца – Waterseer. Здесь вентилятор загоняет воздух при наличии ветра. Опытных или промышленных установок этого варианта не нашел. Лишь описание изобретения. Возможно, оно на этом уровне оно и осталось.

А вот специалисты из итальянского архитектурного бюро Architecture and Vision (Arturo Vittori и Andreas Vogler) сделали не только проект, но и установили опытные конструкции в Африке, в местах с проблемами с питьевой водой: 

Источник: https://archspeech. com/article/arhitektory-razrabotali-konstrukciyu-po-sboru-vody-iz-vozduha

Система не требует электричества. Использует лишь природные процессы восходящих потоков воздуха. Специалисты экспериментировали в течение нескольких лет и добились максимальной производительности. Для этого им пришлось смонтировать «юбку» вокруг башни. Башня сделана из тростника, а внутри – фасадная сетка и пленка. 

 

Одна из первых моделей. Установку назвали Water Warka.

Работает так: пространство вокруг башни закрыто навесом (юбкой) и имеет немного низкую температуру. Внутри башни нагревается и поднимается вверх, увлекая более холодный воздух. Влага конденсируется на сетке и стекает в емкость. Работает в основном в утренние часы, в туман или ночью. Собирает росу. А так же собирает дождевую воду. По опыту, такая башня может собрать до 90 л вода за сутки в африканском влажном климате

 

Используется эффект конденсации росы на паутине в утренние часы, либо во время туманов.

Ролик с комментариями изобретателя и описанием конструкции. 

 

Мобильная установка для конденсации воды из воздуха. За утро может собраться 0,5-1 л. Но вот пить такую воду нельзя. Она дистиллированная. Для того, что бы она стала питьевой – в ней нужно растворить ряд солей в небольших концентрациях. Читал, что такие наборы продаются.

Другие «кулибины» предлагают вот такие схемы конденсации атмосферной влаги: 

 

В трубу нужно добавить сетки для мытья посуды – эффективность вырастет. А питание вентилятора сделать от солнечной батареи с АКБ. За неделю может собраться приличный объем воды в десятки литров.

 

 

Источник: https://findpatent.ru/patent/267/2675473.html

Другой вариант: герметичная емкость, наполненная галечником или скальником, закапывается на глубину 1-1,5 м или глубже в затененном месте. В нижней части емкости имеется емкость для сбора воды. Через объем происходит продувка воздуха с поверхности. Влага конденсируется на холодных камнях и стекает в емкость, из которой выкачивается насосом. Питание вентилятора и насоса – тоже от солнечной батареи.

Конечно, привезти с собой 20-40 л воды проще, чем заниматься изготовлением, возможно, мало эффективных в нашем климате установок. Статья лишь как информация о принципиальной возможности получения воды из воздуха.

Дайте больше ливней: создан генератор, собирающий энергию капель дождя

Бессовестно дождливое лето капает не только на землю, но и на мозг. Изобретателям. Они решили, что пора бы каплям не стучать без толку по стеклам наших домов и автомобилей, а снабжать их тем самым энергией, и разработали устройство, собирающее энергию падающих капель дождя.

Новое устройство, преобразующее механическую энергию капель в электрическую энергию, было создано учёными из Нидерландов и Китая. Статья о разработке вышла в журнале Advanced Materials.

Поясним, что ранее учёными уже предпринимались попытки создать устройство, собирающее энергию падающей с небес воды. Потенциал этого источника энергии более чем очевиден. Но все прежние разработки либо недостаточно стабильно работали, либо требовали для своей работы слишком много энергии, и потому коэффициент их полезного действия оказывался слишком низким.

Принцип работы нового устройства базируется на явлении электросмачивания.

Напомним, что летящая в воздухе капля стремится принять округлую форму. Сделать это её заставляют силы поверхностного натяжения. Но, если капля упадёт на заряженную поверхность, то она буквально распластается в блин, так как молекулы воды будут стремиться смочить собой поверхность из-за воздействия на них электрического поля заряженной поверхности.

Таким образом капля дождя, попадая на новый генератор, удерживается на нем за счёт электросмачивания. В это же время внутри генератора происходит перераспределение зарядов.

Таким образом каждое падение маленькой капли приводит к тому, что в генераторе начинает протекать слабый ток, который можно «собрать». Объём собираемого таким образом тока определяется количеством свободных зарядов, которые присутствуют в материале генератора. Поэтому учёные тщательно продумали, какие материалы использовать для создания генератора.

Схема появления заряда внутри генератора под воздействием капель дождя и его снятия.

Иллюстрация Advanced Materials (2020).

Конструкция в итоге получилась не просто надёжной, но ещё и чрезвычайно эффективной. Инженерам удалось собрать 11,8% энергии упавших капель.

Для сравнения: фотосинтезирующие растения аккумулируют только 2% энергии Солнца, а рекордсмены природы зелёные водоросли – 12%. Так что этот электрогенератор близок к природному рекорду.

Однако в отличие от «скоропортящихся» живых систем, требующих постоянной «починки», этот генератор может работать 100 дней без снижения эффективности (это показали тесты). При этом перед началом длительной работы ему требуется всего 15 минут подзарядки\подготовки.

Ток вырабатывается благодаря явлению электросмачивания. Рисунок d показывает зависимость плотности поверхностного заряда от подаваемого напряжения. Перевод Вести.Ru.

Иллюстрация Advanced Materials (2020).

Результаты действительно впечатляющие. Однако соавтор исследования Нильс Мендель (Niels Mendel) считает, что нужно провести больше исследований, чтобы создать по-настоящему эффективный генератор энергии из капель дождя. Для этого нужно решить проблему работы подобных устройств при 100-процентной влажности. Во-вторых, необходимо решить проблему снижения эффективности подобных устройств в присутствии солей (всё-таки дождевая вода не является дистиллированной).

Конечно, всех потребностей человечества энергия дождя в любом случае не покроет. Но, судя по всему, будущее за различными источниками возобновляемой энергии, каждый из которых будет брать на себя часть работы по обеспечению человечества «зелёной» энергией.

Инженеры учатся приспосабливать под это самые разные системы. Так, они уже смогли заставить вырабатывать электричество бактерии, приручили энергию холода и даже превратили в электрогенераторы оконные стёкла.

Древние установки по добыче воды из воздуха или дежа-вю. — vladislav lebedev

Больше всего удручает что люди утратили технологии и удивляются, охотно покупают то, что вообще без платы из бросовых или малой ценой сами могут за небольшое время сделать.
Пример — вода, получение воды в условиях засушливого климата известно с глубокой древности.
Хочется тут разделить на разные части устройства
— для «выжимки» воздуха,
— для выжимки тумана утреннего
— устройства для получения воды в местах где всё-же есть растительность, часто но не всегда это дистилляторы и
— устройства получения воды когда есть грязная или солёная вода и солнце/ветер/холод, обычно это дистилляторы

Устройства сбора воды с расщелин скал известны Человечеству десятки тысяч лет, как впрямую, посредством сбора из-за разницы температур охлаждаемого воздуха у поверхности скал и в лабиринтах подземных городов, к примеру падение температуры может достигать в зной более 45градусов, обеспечивая выпадение росы на стенах или специальных каменных или металлических пластинах, так и посадки определённых растений туда съедобных способных долго накапливать влагу. При этом воздух поступающий в подземные системы может быть очень сухой, 12-15%, к слову как в квартирах холодной зимой, относительной влажности воздуха, характерных для сильно засушливых районов и пустынь. Последнее предпочтительнее т.к. позволяет всегда иметь полноценную влагу свежей и полезно при кочевом образе жизни, возможно будущем части человечества, если вообще сектор миров не прикроют, что возможно из-за плохих параметров.

В том что от предыдущих цивилизаций осталось, судя по резам — высокоразвитых — машинная массовая обработка, применялись методы как геотермального охлаждения так и получения при +40-50С воды из воздуха, обычно используя места с трещинами, иногда их специально образуя с колодцем или иным водоёмом внутри. В частности такие системы имеют многие подземные города Малой Азии и Ближнего Востока.
Это позволяло иметь города подземные на 20тысяч и более человек в новейшей истории а судя по некоторым вещам они же применялись и цивилизациями до людей, вероятно неантропогенными.
Хорошо рассказал на себе испытав что такое сбор росы Антуан де Сент Экзепюри в «Планете людей»
Использовался подобный метод и для добычи, например в соляных копях Велички под Краковом. Имея рассол и пресную воду, кроме того, можно производить весьма большое давление, штамповать твёрдые металлы, порошки перед спеканием в искусственные камни (есть в изделиях от Тебаиса до Москвы нынешней и по всему миру) и пр. Вероятно это уже применялось в древности.

Попалась статья в «Технике-Молодёжи» №10 за 1938 год, почти 80 лет назад:

Устройства для выжимки утренней росы и тумана известны ДЕСЯТКИ  тысяч лет как минимум, более того, даже животные применяют сбор росы со скал и трещин в них. Сбор воды состоял и в получении воды с куч крупных камней, как в статье ниже, проветриваемых ночью. Впрочем те кучи могли иметь и ряд других функций, часто это пирамиды, т.е. преобразователи энергии.

Современные в принципе мало отличны от того что в пустынях тысячи лет применяются, но более удобны, пример сбора воды на вершинах, вероятно в интересах горных подразделений ВС США:

Здесь можно резко, в разы, повысить выживаемость воздуха применяя нанотехнологии, в принципе тот же нильский ил мог ранее применяться как и ряд прочих пропиток:

Стационарный вариант слишком ненадёжен и дорог по сравнению с обычным тентом из сетки:

В данном решении применён двойной принцип. Но это опять же попросту сочетание того что было, натянутое на конструкцию повторяющую ряд работ Шухова.

Стоит отметить, что в Израиле и вероятно Сирии, Ливане, Месопотамии, Иране есть армянские дома из ранневизантийской эпохи, где сбором занимаются вместе с охлаждением дома батарея вмурованных кувшинов с определёнными свойствами, как надо думать и часть обмазки пористые, но по-разному. Как-то публиковал на своей страниче в ФБ но не могу найти фото быстро.

Простейшие дистилляторы  в местности где грунтовая вода или просто растительность используются сотни лет, ранее из с светопропускающей пропитанной ткани, теперь с плёнки, того же плаща:

Один из вариантов опреснителя для тропиков выглядит на удивление похожим:

Как видимо всё новое как правило это хорошо известные древним технологии, выдаваемые за хай-тек.
Некоторые фирмы, например в устройстве SeaKettle, усовершенствовали, сочетав опреснитель и сам спасательный плот, что даёт из-за бОльших размеров бОльше времени на выживание спасаемым что безусловно хорошо:

Автор статьи: Лебедев Владислав Анатольевич.
Все фото взяты на просторах Интернета, текст авторский.

Понравилось это:

Нравится Загрузка…

Система на солнечной энергии извлекает питьевую воду из «сухого» воздуха | MIT News

Исследователи из Массачусетского технологического института и других организаций значительно увеличили производительность системы, которая может извлекать питьевую воду непосредственно из воздуха даже в засушливых регионах, используя тепло солнца или другого источника.

Система, основанная на проекте, первоначально разработанном три года назад в Массачусетском технологическом институте членами той же команды, приближает процесс к чему-то, что могло бы стать практическим источником воды для отдаленных регионов с ограниченным доступом к воде и электричеству. Выводы описаны сегодня в журнале Джоуль , в статье профессора Эвелин Ван, заведующей кафедрой машиностроения Массачусетского технологического института; аспирантка Алина ЛаПотин; и шесть других в Массачусетском технологическом институте, а также в Корее и Юте.

Более раннее устройство, продемонстрированное Ван и ее коллегами, обеспечило проверку концепции системы, которая использует разницу температур внутри устройства, чтобы позволить адсорбирующему материалу, который собирает жидкость на своей поверхности, втягивать влагу из воздуха. ночью и отпустить на следующий день. Когда материал нагревается солнечным светом, разница температур между нагретым верхом и затененной нижней стороной заставляет воду высвобождаться обратно из адсорбирующего материала. Затем вода конденсируется на сборной пластине.

Но это устройство требовало использования специальных материалов, называемых металлическими органическими каркасами, или MOF, которые дороги и ограничены в поставках, а производительность системы была недостаточной для практической системы. Исследователи говорят, что благодаря включению второй стадии десорбции и конденсации и использованию легкодоступного адсорбирующего материала производительность устройства значительно увеличилась, а его масштабируемость как потенциально широко распространенного продукта значительно улучшилась.

Ван говорит, что команда считала: «Хорошо иметь небольшой прототип, но как мы можем преобразовать его в более масштабируемую форму?» Новые достижения в дизайне и материалах привели к прогрессу в этом направлении.

Вместо MOF в новой конструкции используется адсорбирующий материал, называемый цеолитом, который в данном случае состоит из микропористого алюмофосфата железа. Этот материал широко доступен, стабилен и обладает надлежащими адсорбирующими свойствами, чтобы обеспечить эффективную систему производства воды, основанную только на типичных колебаниях температуры днем ​​и ночью и нагреве солнечным светом.

Двухступенчатая конструкция, разработанная LaPotin, позволяет разумно использовать тепло, выделяемое при смене фазы воды. Солнечное тепло собирается пластиной солнечного поглотителя в верхней части коробчатой ​​системы и нагревает цеолит, высвобождая влагу, которую материал захватил за ночь. Этот пар конденсируется на пластине коллектора — процесс, который также выделяет тепло. Коллекторная пластина представляет собой медный лист непосредственно над вторым слоем цеолита и в контакте со вторым слоем цеолита, где теплота конденсации используется для выпуска паров из этого последующего слоя. Капли воды, собранные с каждого из двух слоев, могут быть собраны вместе в сборный резервуар.

При этом общая производительность системы с точки зрения ее потенциальных литров в день на квадратный метр площади сбора солнечной энергии (LMD) примерно удваивается по сравнению с предыдущей версией, хотя точные показатели зависят от местных колебаний температуры, солнечный свет и уровень влажности. По словам Вана, в первоначальном прототипе новой системы, испытанном на крыше Массачусетского технологического института до ограничений, связанных с пандемией, устройство производило на «порядки» больше воды, чем предыдущая версия.

В то время как аналогичные двухступенчатые системы использовались для других применений, таких как опреснение, Ван говорит: «Я думаю, что никто на самом деле не преследовал этот путь» использования такой системы для сбора атмосферной воды (AWH), поскольку такие технологии известны. .

Существующие подходы AWH включают сбор тумана и сбор росы, но оба имеют существенные ограничения. Сбор тумана работает только при 100-процентной относительной влажности и в настоящее время используется только в нескольких прибрежных пустынях, в то время как сбор росы требует энергоемкого охлаждения, чтобы обеспечить холодные поверхности для конденсации влаги, и по-прежнему требует влажности не менее 50 процентов, в зависимости от на температуру окружающей среды.

В отличие от этого, новая система может работать при уровне влажности всего 20 процентов и не требует никаких дополнительных затрат энергии, кроме солнечного света или любого другого доступного источника низкопотенциального тепла.

ЛаПотин говорит, что ключом является эта двухступенчатая архитектура; теперь, когда его эффективность была продемонстрирована, люди могут искать еще лучшие адсорбирующие материалы, которые могли бы еще больше увеличить производительность. Нынешняя производительность около 0,8 литра воды на квадратный метр в день может быть достаточной для некоторых применений, но если эту скорость можно улучшить с помощью некоторых дополнительных настроек и выбора материалов, это может стать практичным в больших масштабах, говорит она. . По словам Вана, уже разрабатываются материалы, которые обладают адсорбционной способностью примерно в пять раз большей, чем этот конкретный цеолит, и могут привести к соответствующему увеличению выхода воды.

Команда продолжает работу по совершенствованию материалов и конструкции устройства, а также по его адаптации к конкретным приложениям, например, портативной версии для военно-полевых операций. Двухступенчатая система также может быть адаптирована к другим методам сбора воды, которые используют несколько тепловых циклов в день, питаются от другого источника тепла, а не от солнечного света, и, таким образом, могут производить более высокие дневные объемы производства.

«Это действительно интересная и технологически значимая работа», — говорит Гуйхуа Ю, профессор материаловедения и машиностроения Техасского университета в Остине, не участвовавший в этой работе. «Это представляет собой мощный инженерный подход к проектированию двухступенчатого устройства AWH для достижения более высокого выхода воды, что делает шаг ближе к практическому производству воды с использованием солнечной энергии», — говорит он.

Ю добавляет: «Технически прекрасно, что можно повторно использовать тепло, выделяемое просто благодаря этой двухступенчатой ​​конструкции, чтобы лучше удерживать солнечную энергию в системе сбора воды, чтобы повысить энергоэффективность и ежедневную производительность воды. Будущие исследования заключаются в улучшении этой прототипной системы с использованием недорогих компонентов и простой конфигурации с минимальными потерями тепла».

В исследовательскую группу входят Ян Чжун, Ленан Чжан, Линь Чжао и Арни Лерой из Массачусетского технологического института; Хёнхо Ким из Корейского института науки и технологий; и Самир Рао из Университета Юты. Работа была поддержана Лабораторией водных и пищевых систем Абдула Латифа Джамиля (J-WAFS) Массачусетского технологического института.

Ловите воду из воздуха

Принесите науку домой

Туманный научный проект от Science Buddies

  • By Science Buddies on 

  • أعرض هذا باللغة العربية

  • Поделиться на Facebook

  • Поделиться в Twitter

  • Поделиться на Reddit

  • Поделитесь на LinkedIn

  • Поделиться по электронной почте

    9000 20048

  • Печать

Получайте пресную воду прямо из воздуха! Используйте гравитацию, чтобы собрать «туман», чтобы увидеть, как некоторые люди захватывают воду. Авторы и права: Джордж Рецек

Ключевые понятия
Физика
Вода
Состояние вещества
Гравитация
Погода

Введение
Как вы думаете, как долго вы могли бы прожить без воды? Всего три-четыре дня! Ваше тело нуждается в воде, чтобы функционировать должным образом. Мы также используем воду для приготовления пищи, уборки и многих других видов деятельности. Вы можете не думать о том, чтобы получить достаточное количество воды, если вы живете в районе, где вы можете легко получить ее, открыв кран. Но как насчет районов, которые не имеют надежного водоснабжения? В этом упражнении вы узнаете об одном творческом способе сбора воды — из воздуха!

Фон
Многие люди во всем мире изо всех сил пытаются иметь достаточное количество пресной воды для повседневных нужд. Из-за этого люди проявили творческий подход к поиску других способов получения пресной воды, в которой они нуждаются. Например, люди, живущие недалеко от побережья, иногда собирают воду, собирая ее из тумана!

Туман — низко висящее облако, касающееся земли. Окружающий нас воздух содержит влагу в виде водяного пара. Обычно облако (или туман) образуется, когда температура воздуха становится достаточно низкой, чтобы вода в воздухе начала конденсироваться, а это означает, что водяной пар превращается в крошечные капельки воды в воздухе. Совокупность этих крошечных капелек воды делает облако (или туман) видимым для нас. В случае тумана они могут даже мешать видеть очень далеко.

В прибрежных районах часто бывает туман, потому что теплый воздух суши встречается с более прохладным воздухом океана — прямо вокруг или чуть выше уровня земли. Когда эти слои воздуха сталкиваются, водяные пары конденсируются и образуется туман.

Но как достать воду из тумана? Вы должны найти способ собрать крошечные капельки воды из воздуха. Это делается с помощью больших сеток, которые устанавливаются перпендикулярно пути ветра. Когда ветер проносит туман через эти сетки, капли воды захватываются сеткой. Как только капли накапливаются и становятся достаточно большими, гравитация тянет их вниз по сетке в контейнеры, предназначенные для сбора воды. В этом упражнении вы построите собственный уловитель тумана и будете собирать воду из воздуха — с имитацией тумана.

Материалы

  • Рабочая зона, которая может намокнуть
  • Колготки
  • Проволочная вешалка для одежды
  • Лента
  • Прозрачный стакан, чашка или банка
  • Пластилин для лепки
  • Многоразовый распылитель
  • Вода
  • Бумага
  • Ручка или карандаш
  • Шкала (дополнительно)
  • Второй стакан, чашка или банка (по желанию)
  • Мерный стакан (дополнительно)
  • Увлажнитель (дополнительно)
  • Различные другие сетчатые материалы (опционально)

Подготовка

  • Возьмите проволочную вешалку и придайте ей форму ромба, вытянув ее.

    • №

  • Наденьте один конец колготок на ромбовидную вешалку и закрепите внизу лентой.
  • Поместите большой ком пластилина на дно прозрачного стакана, чашки или банки.
  • Выпрямите крючок проволочной вешалки.
  • Поместите выпрямленный крючок в глину, чтобы он стоял вертикально и был устойчивым.
  • Если вы используете весы, вы можете взвесить уловитель тумана и записать вес.
  • Наполните пульверизатор водопроводной водой.

Процедура

  • Возьмите пульверизатор и направьте его в сторону от уловителя тумана. Нажимайте на курок, пока он не начнет распылять. Что вы видите, когда бутылка начинает распылять?
  • Теперь держите аэрозольный баллончик примерно в футе от сетки туманоуловителя и перпендикулярно ей. Направьте пульверизатор на улавливатель тумана и качните его примерно 10 раз. После осмотрите сетку. Что ты видишь?
  • Обрызгайте сеть водой еще 10 раз. Что вы наблюдаете сейчас?
  • Повторите этот шаг примерно 10 раз. После каждых 10 распылений проверяйте сетку улавливателя тумана. Как каждый раз меняется поверхность вашей сети?
  • Что вы видите на дне контейнера для сбора? Если вы использовали весы, вы можете снова положить на весы весь уловитель тумана и записать его массу. Изменилась ли масса устройства? Если да, то как? Можете ли вы объяснить изменение?
  • Дополнительно: Распылите из распылителя непосредственно в другой стакан, чашку или банку столько же раз, сколько распыляли на уловитель тумана. Сравните количество воды в каждой емкости или измерьте их мерным стаканом. Насколько эффективно ваш улавливатель тумана улавливал доступную воду?
  • Дополнительно: Вместо пульверизатора можно поставить уловитель тумана рядом с увлажнителем. Как это меняет ваши результаты?
  • Дополнительно: Попробуйте другие сетчатые материалы, которые есть у вас дома. Какие материалы лучше всего подходят для сбора воды из воздуха? Вы можете измерить эффективность улавливания тумана, измерив вес улавливателя тумана до и после орошения его водой. Чтобы сравнить результаты, вам нужно будет использовать одинаковое количество воды для каждого материала, который вы тестируете.
  • Дополнительно: Имеет ли значение, как вы держите пульверизатор перед туманоуловителем? Как расстояние или угол, под которым вы направляете туман к сетке, влияет на эффективность уловителя тумана?

Наблюдения и результаты
Устройство, которое вы соорудили из колготок и вешалок, представляет собой простую модель ловушки для тумана, которая обычно состоит из сетки, натянутой на раму, и контейнера для сбора под ней. Вы использовали распылитель, чтобы имитировать туман. Насадка внутри пульверизатора разбивает струю воды на множество мельчайших капель воды. Вы можете видеть эти капли воды, выходящие из пульверизатора. Эти капли имитируют туман, который также представляет собой мелкие капельки воды, рассеянные в воздухе.

Когда эти капли воды проходили через уловитель тумана, они собирались сеткой. Вы, вероятно, ничего не увидели после 10 спреев, но через некоторое время вы должны были увидеть крошечные капельки воды, скапливающиеся на поверхности колготок. Чем больше тумана собирала сетка, тем больше скапливалось капель воды. В какой-то момент они, вероятно, начали сливаться и формировать более крупные капли, которые затем стекали по поверхности в контейнер — благодаря гравитации. Вы, вероятно, могли начать видеть, как вода скапливается на дне контейнера. Если бы вы использовали весы, вы могли бы взвесить разницу между прибором в начале занятия и в конце, что отражает количество собранной вами воды из воздуха!

Если вы пробовали разные сетки, вы могли собрать разное количество воды. Ученые все еще пытаются оптимизировать материалы и конструкции улавливателей тумана, чтобы они могли еще более эффективно собирать воду. В реальных ловушках тумана, в зависимости от материала и конструкции сетки, они могут собирать до девяти литров воды в день на каждый квадратный метр сетки.

Очистка
Если после занятия колготки остались целыми, их можно высушить и использовать повторно. Вы также можете изменить форму проволочной вешалки и использовать ее повторно.

Еще для изучения
Туман, из National Geographic
Ученые собирают воду, строя туманные арфы и бьют воздух, из
Verge
Уловитель тумана для воды, от Mashable на YouTube
Тест «Погода» Вы можете создать свое собственное облако! из Scientific American
Очистите грязную воду с помощью солнца, из Scientific American
Занятия STEM для детей, от Science Buddies

Это занятие было вдохновлено уроком Корпуса мира по сбору воды из тумана.

Это задание было предложено вам в сотрудничестве с Science Buddies

ОБ АВТОРАХ

Читать дальше

Информационный бюллетень

Будьте умнее. Подпишитесь на нашу новостную е-мэйл рассылку.

Регистрация

Поддержка научной журналистики

Откройте для себя науку, которая изменит мир. Изучите наш цифровой архив с 1845 года, включая статьи более 150 лауреатов Нобелевской премии.

Подпишитесь прямо сейчас!

Новое устройство производит воду из воздуха — электричество не требуется

Вода окружает нас повсюду. Единственная проблема заключается в том, что он остается в атмосфере до тех пор, пока подходящие условия не высвободят его в виде дождя или снега. Теперь Омар Яги, профессор химии Калифорнийского университета в Беркли, помог найти способ получать эту воду в любое время, когда она нам нужна.

Яги говорит, что это возможно с помощью так называемого металлоорганического каркаса (MOF). Это в основном похожее на губку соединение, которое невооруженным глазом выглядит как песок и чрезвычайно плотное. В зависимости от используемых материалов, MOF может быть сконструирован для сбора различных химикатов, от промышленных выбросов до природного газа.

Яги и его команда в Калифорнийском университете Беркли обнаружил, что металлоорганический каркас, в состав которого входит цирконий, улавливает воду из воздуха ночью, сохраняет ее, а затем высвобождает в дневное время под воздействием тепла солнечного света — электричество не требуется. Они сотрудничали с исследователями из Массачусетского технологического института для создания водосборного устройства и работают над версией, способной обслуживать дом на одну семью по конкурентоспособной цене.

Другие устройства способны улавливать воду из воздуха во влажной среде, например, так называемые «уловители тумана», успешно испытанные по всему миру. Что делает их изобретение таким замечательным, так это то, что оно особенно хорошо работает в засушливых условиях, подобных тем, которые существуют на Западе. Water Deeply недавно взяла интервью у Яги, чтобы узнать больше.

Water Deeply: Что послужило вам источником вдохновения для создания этого устройства для сбора воды?

Омар Яги, профессор химии Калифорнийского университета в Беркли, нашел способ извлекать воду из воздуха с помощью окружающего солнечного света. (Фото предоставлено Калифорнийским университетом в Беркли)

Омар Яги: На самом деле мы изучали улавливание углекислого газа с помощью металлоорганических каркасов из газов после сгорания, в состав которых входит вода. Вода представляет собой проблему, поскольку она конкурирует с углекислым газом за адсорбционные участки в порах MOF.

Мы заметили, что некоторые MOF проявляют уникальное поглощение воды. По-видимому, в поглощении доминирует высококооперативное явление, которое приводит к резкому проникновению воды в MOF при очень низкой относительной влажности. По сути, внутри этих МОФ в жаркую погоду есть сплошная вода.

Глубокая вода: И когда вы находитесь внутри MOF, как вы выбрасываете воду?

Yaghi: Чтобы получить воду, поскольку цель — жидкая вода, нужно просто нагреть материалы до 45°C (113°F). Это [необходимая] температура внутри закрытого устройства, которая может быть намного выше, чем температура окружающей среды на открытом воздухе — подобно парниковому эффекту. Это дает достаточно энергии, чтобы разорвать эти слабые связи и высвободить воду из пор. Это было очень неожиданно, но и захватывающе. Это означало, что некоторые MOF можно использовать для улавливания воды из атмосферы, особенно в засушливом климате, а затем легко выпускать для сбора.

Однако мы быстро поняли, что единственный способ ускорить разработку этой технологии сбора воды — сотрудничество и соревнования по всему миру. Прежде чем это произойдет, мир должен сначала визуализировать эту химию в действии.

Уотер Глубоко: И как тебе это удалось?

Yaghi: Мы объединились с инженерами-механиками, чтобы спроектировать и построить простой комбайн на базе MOF. Вместе с нашими сотрудниками мы продемонстрировали, что устройство на основе MOF способно доставлять чистую воду даже в типичном пустынном климате. Примечательно, что устройство работает без какой-либо потребляемой мощности, кроме окружающего солнечного света.

MOF подвергается воздействию атмосферы, принося воду из сухого воздуха в свои поры и концентрируя ее. Затем при заключении МОФ в контейнер, который подвергается воздействию солнечных лучей, происходит нагрев контейнера и выделение воды из МОФ в контейнер в виде повышенной влажности. Это, в свою очередь, конденсируется из-за разницы температур между теплой внутренней частью контейнера и комнатной температурой.

Сборщик воды работает пассивно и может быть размещен в пустыне для сбора воды ночью и выпуска ее днем ​​при повышении температуры. Эта технология была представлена ​​на Всемирном экономическом форуме 2017 года как одна из 10 новых технологий, способных изменить мир.

Water Deeply: Можете ли вы вкратце описать, как работает металлоорганический каркас и как он выглядит?

Yaghi: Металлоорганические каркасы представляют собой материалы, изготовленные путем сшивания органических и неорганических единиц в пористые каркасы, которые могут иметь чрезвычайно большую площадь внутренней поверхности. Один грамм MOF размером с кубик сахара имеет площадь внутренней поверхности, эквивалентную целому футбольному полю.

Увеличенное изображение металлоорганического каркаса, разработанного Омаром Яги для сбора воды из воздуха. (Фото предоставлено Омаром Яги)

Большая площадь поверхности обеспечивает большую емкость для захваченной воды. Способность модифицировать поры химически путем изменения химических характеристик и физически путем изменения размера и формы пор приводит к созданию MOF, приспособленных для конкретных функций, таких как улавливание воды, улавливание углекислого газа и его преобразование в топливо, хранение метана в автомобильных топливных баках и скоро.

MOF представляют собой твердые вещества, которые невооруженным глазом кажутся такими же, как песок, где каждая гранула пронизана отверстиями, в которые могут быть отобраны интересующие газы и молекулы, внесены и уплотнены, что позволяет хранить объемные количества газов в меньших контейнеры. Однако, если вы посмотрите на кристаллы MOF под микроскопом, многие из них могут быть очень красивыми.

Water Deeply: будет ли он собирать воду во всех климатических условиях или только в пустыне?

Yaghi: На сегодняшний день изготовлено более 70 000 различных MOF, и каждый MOF имеет свои уникальные функции и возможности. Мы можем спроектировать и изготовить различные MOF, способные эффективно поглощать воду при уровне влажности от 5 до 80 процентов. Я считаю, что необходимая температура внутри устройства (113F) может быть достигнута во многих регионах, кроме пустынь.

Вода Дипи: Нужно ли пить воду после сбора?

Яги: Нет, собираемая вода чиста и чиста. Она ничем не отличается от дождевой или дистиллированной воды.

Water Deeply: Насколько большим должно быть это устройство для обслуживания среднего дома?

Яги: В настоящее время мы работаем над сборщиком воды MOF следующего поколения. Я думаю, что после дальнейшего усовершенствования водоуборочный комбайн MOF размером со стиральную машину мог бы удовлетворить самые основные потребности домашнего хозяйства.

Water Deeply: Вы представляете себе время, когда подобное устройство станет обычным явлением в домах? Сколько времени это может занять?

Yaghi: Да, мое видение заключается в создании «персонализированной воды», когда у людей дома есть устройство, работающее от окружающей солнечной энергии и доставляющее воду, которая удовлетворит потребности домашнего хозяйства. Конечно, еще многое предстоит сделать, чтобы сделать эту технологию полезной и доступной, чтобы воплотить его видение в реальность. Тем не менее, с нашим изобретением сейчас это вполне возможно.

Water Deeply: Можно ли масштабировать это, чтобы обслуживать, скажем, многоквартирный дом или даже небольшую ферму?

Яги: Да. Наша исследовательская группа в U.C. Беркли собирается очень скоро представить сборщик воды MOF следующего поколения, который больше по размеру и обладает более высокой эффективностью.

Water Deeply: Насколько я понимаю, вы также разрабатываете более дешевую версию с использованием алюминия вместо циркония. Какова текущая стоимость устройства? И какова может быть стоимость жилого помещения, когда оно будет готово к продаже?

Yaghi: Очень сложно точно сказать, сколько это будет стоить на данный момент, но я уверен, что это будет относительно недорого, потому что основные компоненты сделаны из пластика и MOF. В нашей системе сбора воды MOF следующего поколения, которая будет опубликована в начале июня, мы заменили медную сетку устройства гораздо более дешевыми материалами.

Кроме того, мы собираемся представить MOF на основе алюминия, который может подавать более чем в два раза больше воды, но в то же время как минимум в 150 раз дешевле, чем MOF на основе циркония.