Tim sa UC Berkeley predvođen hemijskim istraživačem Omarom Yaghijem razvio je prenosivi uređaj koji noću skuplja vlagu iz vazduha pomoću MOF-303, a tokom dana koristi samo sunčevu energiju za oslobađanje i kondenzaciju te vode. Poljski testovi u Death Valleyju (avgust 2022) pokazali su prinose do 210 g/kg i prosečno 245 g/kg u Berkeleyju, čak pri vrlo niskoj vlažnosti (9,4–36%) i velikim temperaturnim oscilacijama (21,9–60,7 °C). Autori naglašavaju potrebu za ekonomskim i ekološkim procenama, kao i dugoročnim ispitivanjima za procenu praktične primene.
Berkeleyjev Prijenosni Uređaj Izvlači Vodu Iz Suvog Vazduha Koristeći Samo Sunčevu Energiju
A UC Berkeley device uses a MOF and sunlight to harvest drinking water from desert air, even in Death Valley conditions. (CREDIT: Atoco)
Pustinjski pejzaž često deluje beživotno, ali noću se vazduh hladi i iz njega se mogu izvući sitne količine vlage. Istraživači sa UC Berkeley razvili su prenosivi atmosferski "harvester" koji noću adsorbuje vodenu paru iz vazduha, a preko dana – koristeći jedino ambijentalno sunce – oslobađa tu vlagu i kondenzuje je u pijaću vodu.
Napomena o tačnosti: Originalni naslovi su sugerisali da je vođa tima dobitnik Nobelove nagrade. Omar Yaghi je ugledni profesor hemije i pionir u razvoju metal-organic framework (MOF) materijala, ali nije laureat Nobelove nagrade. Ovaj tekst to ispravlja i zadržava sve relevantne tehnološke informacije.
The device captures water molecules from air at night, then uses only ambient sunlight during the day to release that moisture and condense it into drinkable water. (CREDIT: UC Berkeley)
Kako uređaj funkcioniše
U srcu sistema je MOF-303, ultra-porozni materijal koji selektivno hvata molekule vode iz vazduha čak i pri niskoj relativnoj vlažnosti. Umesto da se MOF sabije u debeli sloj, naučnici su ga oblikovali u tanke diskaste pelete koje su naslagane sa poroznom nikl penom. Pena omogućava prolaz vazduha i ravnomernu raspodelu toplote — bitno zato što MOF-ovi više izoluju nego provode toplotu.
Uređaj razdvaja dve suprotne funkcije: kertridž sa MOF-om treba toplotu da bi oslobodio skupljenu vlagu, dok kondenzator postiže bolje rezultate kad ostane hladniji kako bi kapljice mogle da nastanu i sliju se. Berkeleyjev dizajn postavlja kondenzator iznad kertridža i koristi vakuumski izolovano cilindrično kućište koje minimizira gubitak toplote dok i dalje upija sunčevu energiju tokom dana.
General configuration of the MOF water harvester. At night, MOF MOF cartridge Noon Noon Set Rise Rectangular body Vacuum layer Set Aluminium heat sink cartridge is exposed to air to capture atmospheric water. During the day, the MOF cartridge is assembled into the vacuum-insulated device housing and condenser. (CREDIT: Nature Water)
Poljski i laboratorijski rezultati
Poljski testovi su izvedeni u Berkeleyju i u regionu Death Valley (avgust 2022), uključujući Furnace Creek. U Death Valleyju ispitivane su ekstremne oscilacije: ambijentalna temperatura od 21,9°C do 60,7°C i relativna vlažnost između 9,4% i 36%.
U teškim uslovima na Furnace Creeku sistem je, pri prosečnoj noćnoj vlažnosti od 14% i temperaturi kondenzatora do 65°C, sakupio 114 g vode po kilogramu MOF-303 dnevno. Najveći zabeleženi dnevni prinos u Death Valley testovima bio je 210 g/kg, dok je u povoljnijim uslovima u Berkeleyju prosečan prinos iznosio oko 245 g/kg.
Photographs of the device setup including power station (500 Wh), pyranometer and data acquisition (DAQ) systems, and water collected at different times. (CREDIT: Nature Water)
Laboratorijski optimizovani, šablonirani kondenzator — sa hidrofobnim prevlakama i kanalima za upravljanje rastom kapi — postigao je 248 g/kg MOF-303 u kontrolisanim uslovima. Autori takođe navode proračunate efikasnosti uređaja između 41% i 66% na osnovu termodinamičke analize koja poredi stvarni prinos sa maksimalnim mogućim za date uslove.
Skalabilnost, računarski dizajn i ograničenja
Kertridž dizajniran u radu održava konstantan odnos između zapremine MOF-a i izložene površine, što olakšava skaliranje sistema. Van laboratorije, tim ističe ulogu računarskog dizajna i mašinskog učenja (putem BIDMaP instituta) u ubrzavanju razvoja molekula i optimizaciji konfiguracije materijala i uređaja.
Photographs of the AWH at Furnace Creek, showing the MOF cartridge exposed to air for water uptake (top left), the device during the day cycle (top right), and water collected at different time (bottom). (CREDIT: Nature Water)
Ipak, autori upozoravaju da praktični uticaj zavisi od ekonomskih i ekoloških procena: troškova izrade uređaja, sinteze i aktivacije MOF-ova (uključujući pripremu sirovina i rastvarače), te dugoročnih cikličnih testova na većim skalama koji bi omogućili poređenja sa postojećim sistemima snabdevanja vodom.
Zaključak
Za sada je demonstrirano da se voda može pasivno izvući iz čak i vrlo suvog vazduha koristeći MOF-ove i sunčevu energiju — u uslovima za koje autori navode da nijedan drugi prijavljeni sistem nije radio bez dodatnog energetskog napajanja.
Rezultati su objavljeni u časopisu Nature Water. Autori studije: Woochul Song, Zhiling Zheng, Ali Alawadhi i Omar Yaghi (Berkeley Department of Chemistry, Kavli Energy NanoScience Institute i BIDMaP).
Pomozite nam da budemo bolji.
