nCa Report
В первой части этого отчета мы процитировали статью Марвы Хассан, в которой она упомянула об успешном эксперименте по извлечению воды из воздуха, проведенном в Массачусетском технологическом институте. Этот прорыв достигнут благодаря двухступенчатой конструкции, в которой используется цеолит, широко доступный адсорбирующий материал, позволяющий значительно увеличить производительность водной системы.
В этой части мы рассмотрим этот метод более подробно. Для этого мы обратимся к статье Лоры Аллен, опубликованной в журнале Science News Explorer 3 ноября 2023 года.
Статья называется “Новый гидрогель может помочь извлекать питьевую воду из воздуха”
Мы подробно цитируем ее статью:
Карлос Диас-Марин – инженер-механик из Массачусетского технологического института (MIT) в Кембридже. Его команда разрабатывает устройство для решения проблемы нехватки воды. Они хотят, чтобы это устройство позволяло извлекать воду из воздуха по доступной цене, не прибегая к электричеству. Ключевой ингредиент: новый суперсоленый гель.
Гидрогель представляет собой сетку из крупных молекул, называемых полимерами. Новый гидрогель улавливает влагу — водяной пар — из воздуха. При этом гель разбухает, словно губка в воде. Позже, при нагревании на солнце, этот материал выделит впитанную воду.
Идея не новая. Было разработано много типов гидрогелей, способных всасывать воду из воздуха. Предыдущая работа показала, что добавление солей в гидрогели повышает их способность поглощать воду. Благодаря своим химическим свойствам соли притягивают влагу, в том числе из воздуха. Но было неизвестно, сколько соли может содержать гидрогель, и как увеличение содержания соли до максимума может повысить способность гидрогеля впитывать воду. Диас-Марин и его команда решили выяснить это.
Ссылка на статью Лоры Аллен в журнале Science News Explorer
https://www.snexplores.org/article/salty-hydrogel-pull-fresh-water-from-air
Исследователи изготовили тюбики с гидрогелем из материала под названием полиакриламид (PAH-lee-uh-CRIH-lah-myde). Это полимер, состоящий из длинных нитевидных молекул. Они разрезали трубки на тонкие диски и затем замочили их в воде, содержащей различное количество хлорида лития, соли. Каждый день исследователи взвешивали диски, чтобы узнать, сколько соленой воды они впитали.
По словам Диас-Марин, такие тесты проводились и раньше, но на относительно короткое время. “Вместо двухдневного замачивания мы проводили его в течение двух месяцев”, – сказал он. Дополнительное время имело большое значение.
Со временем гели впитывали все больше и больше соленой воды. Абсорбер стал примерно в три раза солонее, чем предыдущие гидрогели. В нем содержится 20 граммов (0,7 унции) соли на грамм геля. Он также впитал больше влаги, чем предыдущие гели.
Чтобы проверить это, исследователи высушили свои гели и поместили их в среду с различным уровнем влажности. Даже в условиях относительно сухого воздуха, например, в пустынях, гидрогель с наилучшими характеристиками впитывал на 15 процентов больше воды, чем предыдущие гидрогели.
О своих выводах команда сообщила 18 мая в журнале Advanced Materials.
“Мы сделали это очень простым и недорогим способом, что делает процесс еще более захватывающим”, – говорит Диас-Марин. Его команде еще предстоит протестировать, как впоследствии выделить всю эту воду из гелей.
“Я впечатлен их результатами”, – говорит Суи Чинг Тан. “Это может стать новым мировым рекордом”. Он специалист по материаловедению в Национальном университете Сингапура. Тан работает с гидрогелями, но не принимал участия в этом исследовании.
По его словам, новая разработка может помочь справиться с водным кризисом, производя безопасную питьевую воду в местах, где ее не хватает.
Запасы пресной воды на Земле сокращаются из-за изменения климата. Ожидается, что к 2050 году более пяти миллиардов человек будут испытывать нехватку воды по крайней мере один месяц в году. В некоторой степени нехватка воды вызвана повышением температуры и уменьшением количества снега, который будет поступать в реки. Это негативно сказывается на снабжении водой в питьевых целях и для орошения сельскохозяйственных культур.
Какой бы ни была причина, улучшенные растворимые в воде гели могут облегчить выращивание продуктов питания в местах, испытывающих нехватку воды, в том числе в условиях засухи.
Команда Тана разработала устройство на основе геля под названием SmartFarm. В этой крошечной теплице с подвижной крышей выращивается урожай без необходимости полива. Вечером крышка открывается. Находящиеся внутри гели улавливают влагу из ночного воздуха. Двигатель, работающий на солнечной энергии, покрывает крышу в течение дня. При нагревании на солнце гель выделяет воду. Команда Tan использовала SmartFarm для выращивания листового зеленого овоща под названием Ipomoea aquatica.
Некоторые фермеры используют гидрогели для полива сельскохозяйственных культур другим способом. Они смешивают гидрогели прямо в почве с семенами. Таким образом, гель впитывает воду для полива и удерживает ее вблизи прорастающих растений. Без геля вода могла бы впитаться слишком глубоко, чтобы добраться до корней. В одном исследовании добавление гидрогеля в почву на 30% сократило потребность в воде для выращивания продуктов питания.
Команда Массачусетского технологического института также разрабатывает устройство на основе гидрогеля. Вместо того, чтобы выращивать продукты, как на SmartFarm, оно будет производить питьевую воду. Диас-Марин объясняет, как это будет работать: Ночью открытая коробка с гелем улавливает водяной пар из воздуха. На следующий день солнце нагревает гидрогель в коробке, высвобождая влагу. Коробка также содержит материал, который можно охлаждать без использования электричества. Когда водяной пар касается этой холодной поверхности, он конденсируется в капельки — как утренняя роса на траве. После конденсации чистая вода попадает в камеру сбора.
По расчетам, устройство будет способно извлекать от 2 до 5 литров (0,5-1,3 галлона) воды в день. Это должно удовлетворить средние потребности человека в питьевой воде.
По мере повышения степени засушливости климата, потребуются новые источники питьевой воды. Здорово, что гидрогели могут создавать воду где угодно, говорит Диас-Марин. По его словам, для сверхзасушливых мест, где мало других вариантов, они могут стать спасением. /// nCa, 10 июля 2024 г. [продолжение следует]