Учені створили систему видобутку питної води з повітря

Вчені з Університету Техасу в Остіні розробили інноваційну систему, яка може добувати питну воду з повітря, використовуючи біорозкладні матеріали на основі біомаси. Цей винахід надає новий підхід до забезпечення водою віддалених спільнот, постраждалих від стихійних лих регіонів і сільського господарства, де доступ до чистої води є великою проблемою.

Нова система, названа «молекулярно функціоналізовані біомасові гідрогелі», перетворює різноманітні природні матеріали на сорбенти, які здатні поглинати рідину. Використовуючи помірне тепло, дослідники змогли добувати літри питної води з атмосфери, навіть за умов посухи.

«Цей прорив відкриває універсальну молекулярну стратегію, що дозволяє перетворювати різноманітні природні матеріали на високоефективні сорбенти», — зазначив Гуйхуа Ю, професор матеріалознавства і механічної інженерії в Університеті Техасу в Остіні. «Це дозволяє значно покращити стратегії збору води, що стане великим кроком до практичних систем водозабезпечення для домогосподарств та малих громад».

Під час польових випробувань система змогла виробляти 14,19 літра (3,75 галона) чистої води на кілограм сорбенту щодня. Для порівняння, більшість наявних сорбентів можуть виробляти лише 1−5 літрів на кілограм на день.

Розроблена система має значну перевагу перед традиційними підходами в очищенні води, оскільки використовує біомасу замість синтетичних матеріалів, таких як нафтохімічні сполуки, що вимагають значних енергетичних затрат. Це забезпечує не лише ефективне виробництво води, а й мінімальний енергетичний слід, що має велике значення для стійких технологій.

Унікальність цієї технології полягає в молекулярному інженерному процесі, що надає гігроскопічні властивості та термореспонсивну поведінку будь-якій біомасовій полімерній речовині, такій як целюлоза, крохмаль чи хітозан. Таким чином, матеріали можуть бути легко адаптовані для добування води в будь-яких умовах.

«На кінцевому етапі доступ до чистої води має бути простим, стійким та масштабованим», — каже Вейксінь Гуань, аспірант і головний дослідник проєкту. «Цей матеріал дає нам можливість використовувати найпоширеніші природні ресурси для отримання води з повітря — в будь-який час, в будь-якому місці».

Розробка цієї системи є частиною багаторічної роботи Гуйхуи Ю, який раніше створював водоутворюючі гідрогелі для найсухіших регіонів. Він також розробив ін'єкційну систему для очищення води та адаптував свою технологію для сільського господарства. Тепер команда працює над масштабуванням виробництва та створенням реальних пристроїв для комерціалізації, включаючи портативні водозбирачі, самодостатні системи зрошення та пристрої для екстреного водопостачання.

«Найбільшим викликом для сталого водозабезпечення є розробка рішення, яке можна ефективно масштабувати та застосувати в реальних умовах», — говорить Ясюань Чжао, аспірант в лабораторії Гуйхуи Ю. «Оскільки цей гідрогель може бути виготовлений з доступної біомаси і працює з мінімальними енергетичними затратами, він має великий потенціал для широкомасштабного виробництва та використання в віддалених громадах, екстрених допомогах і децентралізованих водних системах».

Цей науковий прорив може стати важливим кроком до розв'язання глобальної проблеми забезпечення питною водою, особливо в районах, де традиційні джерела води є вкрай обмеженими або відсутні. Технологія може мати суттєвий вплив на сільське господарство, де необхідність у воді для зрошення стає дедалі важливішою з огляду на зміну клімату. Водночас це може дати надію на відновлення водних ресурсів в регіонах, які страждають від виснаження природних джерел води.