ziemia
Autor: Donna J. Nelson i Jeffrey Carbeck | dodano: 2017-12-18
Woda dzięki słońcu

Miliardy ludzi na całym świecie stale lub w niektórych porach roku cierpią z powodu braku czystej wody i często muszą pokonywać duże odległości, aby ją zdobyć. Pobieranie wody wprost z powietrza byłoby dla nich wielką ulgą. Niestety, dostępne dziś technologie tego typu nadają się do zastosowania tylko w wilgotnym klimacie i na dodatek wymagają dużych ilości energii elektrycznej, która jest kosztowna, a często wręcz niedostępna. Problem zyskuje szansę na rozwiązanie dzięki badaniom nad wydajnymi systemami, które wykorzystują dostępną energię słoneczną. Układy te są skalowalne i pracują efektywnie nawet w suchych regionach, które zamieszkuje jedna trzecia ludności świata, często żyjąc w ubóstwie.

Zespół naukowców z Massachusetts Institute of Technology i University of California w Berkeley testuje metodę, która nie wymaga dostępu do sieci elektrycznej. Badacze postanowili pokonać przeszkodę charakterystyczną dla większości materiałów zdolnych absorbować wodę w postaci pary (na przykład zeolitów używanych w nawilżaczach): nie dość, że wilgotność powietrza musi być wysoka, to uwolnienie związanej wody wymaga silnego ogrzania, a więc jest energochłonne.

Badacze wykorzystali w zaprojektowanym systemie materiały porowate zaliczane do struktur metaloorganicznych (MOF – metal-organic frameworks), które wiele lat temu wynalazł Omar M. Yaghi, chemik należący dziś do zespołu z University of California w Berkeley. Dobierając odpowiednią kombinację metali i grup organicznych, naukowcy mogą zmieniać właściwości chemiczne struktur, dopasowując je do konkretnego zastosowania. Oprócz łatwości doboru parametrów olbrzymią zaletą struktur MOF jest ich niezwykła porowatość: powierzchnia porów może być nawet dziesięciokrotnie większa niż w zeolitach – powierzchnia porów w krysztale MOF o masie jednego grama i rozmiarach kostki cukru jest porównywalna z powierzchnią boiska futbolowego.

W kwietniu zespół Yaghiego oraz inżynier Evelyn Wang z MIT poinformowali o skonstruowaniu prototypowego urządzenia z fumaranem cyrkonu MF-801, który wykazuje silne powinowactwo do wody. Dzięki temu woda pochłaniana z powietrza przez rozwinięte pory jest oddawana już po ogrzaniu materiału za pomocą słabo zogniskowanego światła słonecznego. Prototyp pozwolił pozyskiwać do 2,8 kg wody dziennie w przeliczeniu na kilogram absorbera MOF nawet przy niskiej wilgotności powietrza około 20% typowej dla pustyni. (Yaghi wyjaśnia, że człowiek potrzebuje dziennie do przeżycia co najmniej tyle wody, ile mieści typowa puszka napoju, czyli 355 ml.) Zaletą urządzenia jest jego niezależność od zewnętrznych źródeł zasilania. Badacze widzą wiele możliwości udoskonalenia układu. Dalsze prace powinny doprowadzić do obniżenia kosztów technologii (cena 1 kg cyrkonu wynosi obecnie około 150 dolarów), zwiększenia wydajności w przeliczeniu na ilość użytego materiału i optymalizacji doboru absorbera MOF w zależności od strefy klimatycznej.

Inną drogę w tym samym kierunku obrał start-up Zero Mass Water ze Scottsdale w Arizonie, który już sprzedaje urządzenia zasilane energię słoneczną i niezależne od sieci elektrycznej ani jakichkolwiek źródeł ciekłej wody. Baterie słoneczne dostarczają energię potrzebną, aby wymusić przepływ powietrza przez opracowany w firmie materiał absorbujący parę wodną i układ skraplający. Niewielki akumulator litowo-‑jonowy zasila urządzenie, kiedy brak światła słonecznego. Przedstawiciel firmy wyjaśnia, że wersja z jednym panelem słonecznym może dostarczyć od dwóch do pięciu litrów wody dziennie, która jest gromadzona w zbiorniku o pojemności 30 l i tam wzbogacana o magnez oraz wapń, co poprawia jej właściwości zdrowotne i smak.

Cody Friesen, założyciel Zero Mass Water i specjalista inżynierii materiałowej z Arizona State University tak skonstruował system, aby mógł on pracować autonomicznie w dowolnym zakątku świata. Obecnie cena urządzenia z jednym panelem słonecznym w Stanach Zjednoczonych wynosi około 3700 dolarów. Wliczono w nią 10-procentową darowiznę, która ma na celu obniżenie kosztów urządzeń dostarczanych do tych zakątków globu, gdzie brakuje infrastruktury zaopatrującej w wodę. Urządzenie, które w Stanach Zjednoczonych zmniejsza zapotrzebowanie na wodę butelkowaną, zauważa Friesen, może również dostarczać czystą wodę dla szkół, którym brak odpowiedniej instalacji, tak aby „dzieci mogły się uczyć i nie były narażone na choroby”.

W minionym roku systemy zostały zainstalowane na południowym zachodzie Stanów Zjednoczonych i w kilku innych krajach, m.in. w Meksyku, Jordanii i Dubaju. Niedawno firma wysłała do Libanu urządzenia, które zostały ufundowane przez U.S. Agency for International Development; mają one dostarczać wody syryjskim uchodźcom. Kiedy większość ludzi wspomina energię słoneczną, dodaje Friesen, „ma na myśli prąd elektryczny. Ale w przyszłości równie mocno będzie się ona kojarzyć z zaopatrzeniem w wodę”.

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 01/2018 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
5/20180
10/2017 - specjalny
Kalendarium
Maj
21
W 1937 r. radziecka ekspedycja lotnicza wysadziła w okolicach Bieguna Północnego grupę badaczy, którzy założyli pierwszą stację meteorologiczną i badawczą w Arktyce.
Warto przeczytać
Odkrycia Svante Pääbo zrewolucjonizowały antropologię i doprowadziły do naniesienia poprawek w naszym drzewie genealogicznym. Stały się fundamentem, na którym jeszcze przez długie lata budować będą inni badacze

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Donna J. Nelson i Jeffrey Carbeck | dodano: 2017-12-18
Woda dzięki słońcu

Miliardy ludzi na całym świecie stale lub w niektórych porach roku cierpią z powodu braku czystej wody i często muszą pokonywać duże odległości, aby ją zdobyć. Pobieranie wody wprost z powietrza byłoby dla nich wielką ulgą. Niestety, dostępne dziś technologie tego typu nadają się do zastosowania tylko w wilgotnym klimacie i na dodatek wymagają dużych ilości energii elektrycznej, która jest kosztowna, a często wręcz niedostępna. Problem zyskuje szansę na rozwiązanie dzięki badaniom nad wydajnymi systemami, które wykorzystują dostępną energię słoneczną. Układy te są skalowalne i pracują efektywnie nawet w suchych regionach, które zamieszkuje jedna trzecia ludności świata, często żyjąc w ubóstwie.

Zespół naukowców z Massachusetts Institute of Technology i University of California w Berkeley testuje metodę, która nie wymaga dostępu do sieci elektrycznej. Badacze postanowili pokonać przeszkodę charakterystyczną dla większości materiałów zdolnych absorbować wodę w postaci pary (na przykład zeolitów używanych w nawilżaczach): nie dość, że wilgotność powietrza musi być wysoka, to uwolnienie związanej wody wymaga silnego ogrzania, a więc jest energochłonne.

Badacze wykorzystali w zaprojektowanym systemie materiały porowate zaliczane do struktur metaloorganicznych (MOF – metal-organic frameworks), które wiele lat temu wynalazł Omar M. Yaghi, chemik należący dziś do zespołu z University of California w Berkeley. Dobierając odpowiednią kombinację metali i grup organicznych, naukowcy mogą zmieniać właściwości chemiczne struktur, dopasowując je do konkretnego zastosowania. Oprócz łatwości doboru parametrów olbrzymią zaletą struktur MOF jest ich niezwykła porowatość: powierzchnia porów może być nawet dziesięciokrotnie większa niż w zeolitach – powierzchnia porów w krysztale MOF o masie jednego grama i rozmiarach kostki cukru jest porównywalna z powierzchnią boiska futbolowego.

W kwietniu zespół Yaghiego oraz inżynier Evelyn Wang z MIT poinformowali o skonstruowaniu prototypowego urządzenia z fumaranem cyrkonu MF-801, który wykazuje silne powinowactwo do wody. Dzięki temu woda pochłaniana z powietrza przez rozwinięte pory jest oddawana już po ogrzaniu materiału za pomocą słabo zogniskowanego światła słonecznego. Prototyp pozwolił pozyskiwać do 2,8 kg wody dziennie w przeliczeniu na kilogram absorbera MOF nawet przy niskiej wilgotności powietrza około 20% typowej dla pustyni. (Yaghi wyjaśnia, że człowiek potrzebuje dziennie do przeżycia co najmniej tyle wody, ile mieści typowa puszka napoju, czyli 355 ml.) Zaletą urządzenia jest jego niezależność od zewnętrznych źródeł zasilania. Badacze widzą wiele możliwości udoskonalenia układu. Dalsze prace powinny doprowadzić do obniżenia kosztów technologii (cena 1 kg cyrkonu wynosi obecnie około 150 dolarów), zwiększenia wydajności w przeliczeniu na ilość użytego materiału i optymalizacji doboru absorbera MOF w zależności od strefy klimatycznej.

Inną drogę w tym samym kierunku obrał start-up Zero Mass Water ze Scottsdale w Arizonie, który już sprzedaje urządzenia zasilane energię słoneczną i niezależne od sieci elektrycznej ani jakichkolwiek źródeł ciekłej wody. Baterie słoneczne dostarczają energię potrzebną, aby wymusić przepływ powietrza przez opracowany w firmie materiał absorbujący parę wodną i układ skraplający. Niewielki akumulator litowo-‑jonowy zasila urządzenie, kiedy brak światła słonecznego. Przedstawiciel firmy wyjaśnia, że wersja z jednym panelem słonecznym może dostarczyć od dwóch do pięciu litrów wody dziennie, która jest gromadzona w zbiorniku o pojemności 30 l i tam wzbogacana o magnez oraz wapń, co poprawia jej właściwości zdrowotne i smak.

Cody Friesen, założyciel Zero Mass Water i specjalista inżynierii materiałowej z Arizona State University tak skonstruował system, aby mógł on pracować autonomicznie w dowolnym zakątku świata. Obecnie cena urządzenia z jednym panelem słonecznym w Stanach Zjednoczonych wynosi około 3700 dolarów. Wliczono w nią 10-procentową darowiznę, która ma na celu obniżenie kosztów urządzeń dostarczanych do tych zakątków globu, gdzie brakuje infrastruktury zaopatrującej w wodę. Urządzenie, które w Stanach Zjednoczonych zmniejsza zapotrzebowanie na wodę butelkowaną, zauważa Friesen, może również dostarczać czystą wodę dla szkół, którym brak odpowiedniej instalacji, tak aby „dzieci mogły się uczyć i nie były narażone na choroby”.

W minionym roku systemy zostały zainstalowane na południowym zachodzie Stanów Zjednoczonych i w kilku innych krajach, m.in. w Meksyku, Jordanii i Dubaju. Niedawno firma wysłała do Libanu urządzenia, które zostały ufundowane przez U.S. Agency for International Development; mają one dostarczać wody syryjskim uchodźcom. Kiedy większość ludzi wspomina energię słoneczną, dodaje Friesen, „ma na myśli prąd elektryczny. Ale w przyszłości równie mocno będzie się ona kojarzyć z zaopatrzeniem w wodę”.