Многим это в диковинку, но с питьевой водой в мире становится всё хуже и хуже. Особенно от дефицита воды страдают районы, где много солнца и солёной воды, а электричества, так необходимого для работы опреснительных установок, недостаточно. Проблему могли бы решить пассивные опреснители воды, но для этого важно повысить их эффективность, чем вместе занялись учёные из США и Китая.

Совместная группа учёных из Массачусетского технологического института и Шанхайского университета Джао Тонг (Shanghai Jiao Tong University) разработала высокоэффективный пассивный опреснитель воды. Опытная установка, расположенная на крыше одного из каммпусов MIT, показала производительность 1,52 галлона в час с квадратного метра освещённой поверхности (примерно 5,7 л). Такие системы могут потенциально обслуживать автономные прибрежные районы, чтобы обеспечить эффективный и недорогой источник воды. Качество полученной воды, кстати, было выше, чем того требуют санитарные нормы.

По мнению исследователей, в перспективе разработка позволит создать небольшие опреснители воды стоимостью до $100 для суточного обслуживания питьевой водой семьи из четырёх человек. Также можно будет создавать свободно плавающие в море опреснители для обслуживания прибрежных поселений и городов. Установка, как сказано выше, не требует электричества, и даже закачка воды и вынос соли осуществляются пассивно за счёт разницы в плотности растворов.

Секрет предложенного опреснителя в том, что он многослойный. Учёные остановились на 10 слоях, которые представляют собой пакет из чередующихся испарительных камер. Ключевой особенностью установки стало то, что каждый следующий из слоёв использует тепло, которое вырабатывает предыдущий слой (камера). Это тепло, которое вырабатывается в процессе конденсации воды. В обычных испарителях (конденсаторах) тепло излучается в окружающее пространство. В новой установке оно передаётся следующему конденсатору и снова пускается в дело и так до 10 раз. 

Многократная рециркуляция собранного солнечного тепла позволила добиться эффективности установки по опреснению воды до 385 %. Учёные считают, что дальнейшая оптимизация структуры конденсаторов и используемых материалов могли бы поднять эффективность опреснения до 700 % и даже до 800 %.

Кстати, о материалах. Опытная установка не использует чего-то необычного. За сбор солнечного тепла отвечает простой чёрный поглотитель, а солёную воду в камеры подают бумажные полотенца с помощью обычного капиллярного эффекта «фитиля». Оседающую в процессе испарения в «фитиле» соль будет вымывать в течение ночи и к утру система снова будет готова опреснять солёную воду.

Самым дорогим в установке является прозрачный аэрогель, изолирующий всю верхнюю поверхность от окружающей среды. Это одновременно и теплоизолятор и поставщик тепла внутрь опреснителя. Сделать этот слой дешевле можно с помощью материалов из кремнезёма, с чем учёные планируют разобраться в дальнейшем. Также исследователи обещают создать прототип установки, которая годилась бы для коммерческого использования.

Новая программа DARPA требует извлечения питьевой воды из воздуха

Сегодня уже есть коммерчески реализованные технологии, которые позволяют добывать питьевую воду из воздуха. Тем не менее, они далеки от идеальных и не устраивают, например, американских военных. Задача снабжения питьевой водой подразделений в боевой обстановке сложна и опасна, отмечают представители Министерства обороны США. Отвечающие за логистику подразделения часто несут потери, которых можно было бы избежать, если бы питьевая вода добывалась в зоне дислоцирования военных.

Для решения поставленной задачи Агентство DARPA объявило об открытии новой программы под кодовым именем AWE: Atmospheric Water Extraction или, по-русски, извлечение атмосферной воды. Программа AWE будет решаться двумя путями. Во-первых, требуется создать экспедиционную портативную перемещаемую установку для бесперебойного обеспечения питьевой водой боевых мобильных подразделений. Во-вторых, необходимо создать позиционную установку для добычи воды минимум для 150 человек в сутки с транспортировкой оборудования на обычных грузовиках.

Добыча воды из атмосферного воздуха компактными и большими установками в заданных объёмах должна быть возможна даже в самых сухих уголках мира. Кроме военного назначения разработок в DARPA не исключают, что подобные устройства помогут избежать конфликтов в борьбе наций за ресурсы, в частности ― в войнах грядущего за питьевую воду.

Учредители программы AWE готовы рассмотреть предложенные абсорбирующие воду из воздуха материалы с точки зрения максимальной устойчивости к износу на уровне тысяч циклов. Добыча воды из воздуха должна сопровождаться минимальным расходом энергии и проходить максимально быстро. Мобильные установки должны быть лёгкие, компактные, а также нетребовательные в обслуживании и эксплуатации. 

Параллельно военные США рассматривают вопросы транспортировки бутилированной воды подразделениям в боевой обстановке с помощью беспилотников, что также снизит потери среди интендантских команд. А немцы предлагают добывать из воздуха даже топливо для двигателей внутреннего сгорания. Но это уже другая история.

«Вода, вода, кругом вода», — поётся в одной из старых советских песен. Однако на сегодня по-прежнему важнейшей и требующей как можно скорейшего решения проблемой остаётся нехватка пригодной для питья чистой воды во многих регионах нашей планеты. Выходом из сложившейся ситуации частично являются высокопроизводительные установки-опреснители, но такие системы имеют ряд недостатков: низкая мобильность, высокая стоимость изделия, а главное — энергоёмкость, что делает рациональность их применения в небольших деревеньках, расположенных вдали от районных центров, весьма сомнительной.   

Альтернативой, позволяющей получать питьевую воду из любого источника, стало разрабатываемое в рамках Indiegogo-стартапа «Desolenator: transforming sunshine into water» устройство. Особенностью мобильного опреснителя небольших габаритов стало сразу несколько технических преимуществ над существующими сегодня аналогами:

• работа от солнечной энергии без необходимости подключать Desolenator в сеть;
• возможность за считанные минуты развернуть и запустить систему, а также в одиночку перемещать её благодаря продуманной конструкции с колёсами для транспортировки;
• низкая стоимость и обещанный разработчиками 20-летний срок непрерывной эксплуатации без дополнительных финансовых затрат на обслуживание и покупки расходных материалов, которых в Desolenator попросту нет;
• интуитивное управление с выводом всей необходимой информации на встроенный LCD-дисплей, а также настройка системы с помощью мобильного устройства. 

Desolenator — это проект недорогой мобильной системы опреснения/очищения воды, работающей от солнечной энергии. Питание установки обеспечивается лишь фотоэлементами, тепло и электричество которых позволяет из загрязнённой и морской воды получать за сутки до 15 литров питьевой исключительно за счёт бесплатного возобновляемого источника энергии.   

 

Особенностью Desolenator можно назвать отсутствие склонных в поломкам подвижных механизмов конструкции и требующих регулярной замены в процессе эксплуатации расходных компонентов — мембран для фильтрации. Рассматриваемая установка, в отличие от существующих систем классического способа очистки, не задействует технологию обратного осмоса, что позволило разработчикам избавиться от ненадёжных при каждодневном применении деталей конструкции. 

Циклический процесс очистки солёной воды в Desolenator выглядит следующим образом: первоначально нагрев жидкости происходит так же, как и в солнечных коллекторах — устройствах, использующих энергию солнца не для выработки электричества, а для повышения температуры материала-теплоносителя. Доводится до кипения вода в отдельной ёмкости уже при помощи спирального электроводонагревателя. Применение двойного остекления и качественной изоляции помогает избежать ненужных теплопотерь. Образовавшийся в итоге пар попадает в темплообменный контур и повторно нагревает следующий объём жидкости, подлежащей очистке. Затем этот же пар конденсируется, превращаясь в готовую к употреблению воду.  

 

 

 

Единоразовое приобретение Desolenator позволит в течение следующих 20 лет довольствоваться питьевой водой без дополнительных затрат, тем самым предлагая покупателю самый дешёвый способ получения пригодной для употребления и приготовления пищи воды. Всё, что сейчас необходимо авторам проекта, которые для финансирования своего действительно полезного начинания выбрали площадку Indiegogo, это собрать $150 тыс. Идея пока сумела привлечь инвестиций в размере $89 тыс., но до окончания краудфандинга остаётся ещё около 20 дней.

tagloom.com

Стоимость устройства для успевших оформить предзаказ — $479, а начало поставок очистителя воды запланировано на октябрь 2015 года.