Примерно две трети населения нашей планеты страдают от недостатка питьевой воды в разной степени тяжести. Не менее полумиллиарда человек живут в засушливых районах, где чистой воды практически нет. Ученые и инженеры из Техасского университета разработали недорогое решение: сверхгигроскопичные полимерные пленки позволят извлекать литры влаги из сухого пустынного воздуха всего за пару долларов.
В отличие от обычных методов очистки воды, которые требуют близости водоемов или источников, добыча воды из воздуха кажется предпочтительнее. Этот способ не ограничен географическими и гидрологическими особенностями местности. Воду можно получать, собирая туман или конденсируя росу, но для этого нужна высокая влажность воздуха (более 90%). Такой метод может не быть универсальным, так как более чем треть земной поверхности имеет годовую влажность ниже 40%.
Группа исследователей из Техасского университета в Остине разработала доступную технологию сбора атмосферной влаги, не зависящую от погодных условий места применения. опубликованной в журнале Nature CommunicationsАвторы описывают разработку недорогих гелевых супергигроскопичных полимерных пленок, способных извлекать воду из воздуха даже в сухом климате. Материалы для изготовления пленки стоят всего два доллара за килограмм, и с помощью одного килограмма можно собирать до 5,8 литра воды в день в районах с относительной влажностью менее 15%, а до 13,3 литра — в районах с относительной влажностью до 30%.
Новая работа предлагает практические решения для получения воды в самых жарких и засушливых регионах планеты. Guihua Yu«—Это дало бы возможность миллионам людей, которым постоянно не хватает питьевой воды, установить в своих домах простые устройства для получения воды, которые было бы просто использовать», — профессор Кокреллской инженерной школы Техасского университета.
Исследователи для создания гигроскопичной полимерной матрицы (скелета пленки) использовали гидроксипропилцеллюлозу и конжаковую камедь — две пищевые добавки, применяемые как загустители и стабилизаторы. При смешении они формировали пористую структуру пленки, ускоряющую захват атмосферной влаги. В порах пленки однородно распределялся гигроскопичный компонент LiCl, способствующий эффективному поглощению атмосферной воды даже при низкой относительной влажности.
Термочувствительная целлюлоза (гидроксипропилцеллюлоза), которая при нагревании становится гидрофобной, позволяет контролировать выделившуюся влагу в течение десяти минут. Эффективность водосбора составляет 87%, что означает отношение собранной воды к поглощенной установкой атмосферной влаге.
Устройство на основе сверхгигроскопичной полимерной пленки работает следующим образом: при прохождении влажного воздуха через поры пленки она насыщается влагой из-за своей гигроскопичности (благодаря соли LiCl) и увеличивается в размерах, накапливая воду. Затем пленку нагревают до 60 °C, чтобы гидроксипропилцеллюлоза стала гидрофобной и вода испарилась. Вода конденсируется на конденсаторе, собирается в коллекторе и удаляется из системы.
Благодаря этому общие затраты энергии на добычу воды из воздуха минимальны, особенно в сравнении с похожими, но энергозатратными и малоэффективными известными технологиями. По словам исследователей, простота самой реакции способствует избежанию проблем при масштабировании и массовом применении.
Гибкая супергигроскопичная пленка принимает различные формы и размеры в зависимости от потребностей пользователя. Ее изготовление просто: смешиваются все ингредиенты, заливается смесь в форму и высушивается замораживанием. После этого пленку можно использовать сразу. Ученые утверждают, что для этого не нужна специальная подготовка – каждый может это сделать дома, имея необходимые материалы.