Забезпечення населення чистою питною водою — одне з головних завдань для інженерів XXI століття. У деяких країнах більш ніж половина населення не мають доступу до чистої води, в кожній третій — відсутні базові санітарні умови. І тому пошук способів отримання чистої питної води є пріоритетним завданням.
За оцінками експертів, понад 5000 дітей помирає щодня в результаті діареї або аналогічних хвороб, викликаних антисанітарією. В останній доповіді Світового банку навіть з'явився новий термін, що описує дану проблему - «криза води».
Глобальна проблема полягає в тому, що більшість технологій занадто дорого коштують і уряду країн, що розвиваються, не можуть їх собі дозволити. Традиційні підходи — дистиляція, зворотний осмос та очищення стічних вод — вимагають багато енергії та грошей. А технологіям, які працюють на сонячній енергії, необхідні екзотичні матеріали та громіздке обладнання.
Однак є й інша технологія, здатна змінити ситуацію: отримання води з повітря, тобто охолодження повітря до такої міри, щоб утворився конденсат, який можна потім зібрати. Але це піднімає безліч питань. Скільки води можна зібрати таким чином? І як найкраще це зробити?
Для збору роси потрібно конденсор, тонка пластина, яка випромінює тепло в напрямку нічного неба. Конденсор ізолюється від землі, щоб не нагрівався її теплом. Випромінюючи енергію, він охолоджує повітря навколо себе. Якщо температура падає нижче рівня утворення роси, на пластині утворюється волога.
Багато вчених роками намагалися розрахувати, скільки води зможе зібрати такий пристрій, якщо конденсор зроблений з ідеально чорного тіла. Але Донг Мінхао та його колеги з Південно-східного університету Нанкіна прийшли до висновку, що інші дослідники упускали з поля зору важливий момент — вони не вірно трактують те, як матеріали випромінюють тепло, а також те, що атмосфера Землі передає хвилі однієї довжини ефективніше інших.
Вчені заявили, що довжина хвиль, які найкраще проходять через атмосферу Землі, добре відома. І для цього варто використовувати конденсор, який працює на певних частотах, а не у всьому діапазоні. Вони назвали такий конденсор селективним випромінювачем та порівняли його продуктивність з ідеально чорним.
Результат виявився дивовижним. Коефіцієнт випромінювання такого конденсора дозволяє значно поліпшити технологію. Наприклад, при температурі у 20°C та відносній вологості 40% абсолютно чорний випромінювач не може конденсувати вологу взагалі. Тоді як селективний збирає 13 грамів на квадратний метр за годину. Різниця суттєва, і це дозволяє збирати росу навіть в пустелі Мохаве та інших екстремально сухих місцях.
Дослідники розробили конденсатор з необхідними енергетичними характеристиками. Конструкція складається з тонких шарів трьох різних матеріалів на алюмінієвій основі. Ця шарувата структура забезпечує найкраще випромінювання на довжині хвиль, при яких атмосфера Землі пропускає їх з мінімальними втратами.
Це дуже цікава технологія з величезним потенціалом для широкого впровадження. Мінхао та його колеги говорять, що така технологія дозволить збирати воду як у вологих, так і в посушливих районах: «До перших відносяться острови та прибережні міста, які оточені морською водою, але яка не придатна для пиття, другі ж містять в собі пустелі, в яких повністю відсутня питна вода».
І низька вартість даної розробки теж дуже важлива. «Ця пасивна технологія збору прісної води буде доповнювати наявні технології, особливо в сільських районах та районах з низьким рівнем доходу, де вартість — серйозна проблема», - кажуть розробники. І якщо ця технологія принесе чисту питну воду в ті регіони, де її вкрай бракує, це стане значним благом для людства.
За матеріалами: MIT Technology Review
