Вода из воздуха за минуты: ультразвуковая технология MIT совершает прорыв
Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) создали устройство, которое собирает влагу из воздуха и превращает её в питьевую воду всего за несколько минут. Команда надеется, что в будущем эта технология сможет обеспечивать чистой водой сообщества, испытывающие нехватку природных источников.
Системы сбора атмосферной влаги (AWH) работают, забирая влагу из воздуха и конденсируя её в жидкую воду. Обычно это связано с охлаждением влажного воздуха или использованием губчатых материалов, называемых «сорбентами», которые поглощают водяной пар. Затем влага высвобождается и конденсируется в капли.
Основная сложность заключается в том, что устройства AWH традиционно полагаются на солнце для испарения воды из сорбента, что может занимать несколько часов или даже дней. Это ограничивает их полезность в засушливых, ресурсно-напряжённых регионах, включая те, где нет даже солёной воды для опреснения.
Однако новое устройство MIT использует ультразвуковые волны для того, чтобы «стряхнуть» влагу с сорбента. Высвобожденная влага стекает через небольшие сопла в основании устройства, где её можно собрать и использовать.
По словам исследователей, их ультразвуковой прототип в 45 раз эффективнее извлекает захваченную воду по сравнению с одним лишь испарением. Они подробно описали свои выводы в статье, опубликованной 18 ноября в журнале Nature Communications.
«Люди давно ищут способы добычи воды из атмосферы, что могло бы стать огромным источником воды, особенно для пустынных регионов и мест, где нет даже солёной воды для опреснения, — заявила в своём обращении соавтор исследования Светлана Борискина, ведущий научный сотрудник MIT. — Теперь у нас есть способ быстро и эффективно получать воду».
От дней к минутам: как это работает
Подход MIT основан на ультразвуке — звуковых волнах, распространяющихся на частотах выше 20 кГц, за пределами слышимого человеком диапазона. Именно они высвобождают влагу из сорбента.
В центре устройства AWH находится плоское керамическое кольцо, которое вибрирует при подаче напряжения. Исследователи обнаружили, что высокочастотные импульсы идеально подходят для разрыва слабых связей между поглощённой водой и поверхностью материала.
«Это похоже на то, как вода танцует вместе с волнами, и это целенаправленное воздействие создаёт импульс, высвобождающий молекулы воды. Мы можем видеть, как они вытряхиваются в виде капель», — пояснил ведущий автор исследования, аспирант MIT Икра Ифтехар Шуво.
Исследователи протестировали устройство, поместив образцы сорбента размером с монету в камеру с регулируемым уровнем влажности. Когда образцы насыщались, их помещали на ультразвуковой актуатор и подвергали высокочастотной вибрации. В каждом случае устройство высушивало образцы всего за несколько минут.
Потенциал и перспективы
Потенциальной проблемой является то, что новому устройству требуется источник питания, в отличие от систем AWH, использующих только солнечный свет. Исследователи предполагают, что их устройство можно сочетать с небольшой солнечной панелью, которая также будет действовать как сенсор, определяющий момент насыщения сорбента. Это может запускать цикл высвобождения, позволяя системе собирать и отдавать воду несколько раз в день.
Команда представляет себе компактную бытовую установку, сочетающую быстро впитывающий материал с ультразвуковым актуатором, каждый размером примерно с оконное стекло, который вибрирует для высвобождения уловленной воды.
«Красота этого устройства в том, что оно полностью дополняющее и может быть добавлено практически к любому сорбентному материалу, — отметила Борискина. — Всё сводится к тому, сколько воды можно извлечь за день. С помощью ультразвука мы можем быстро получать воду и снова и снова повторять цикл. Это может складываться в значительные объёмы ежедневно».
Исследователи уже работают над масштабированием технологии и её адаптацией для работы в различных климатических условиях. Следующим шагом станет создание прототипа, способного производить несколько литров воды в день — количество, достаточное для удовлетворения базовых потребностей небольшой семьи. В перспективе эта технология может стать ключом к решению проблемы водной безопасности в самых засушливых уголках планеты.
