Šikovné materiály uľahčujú ťahanie čistej vody zo vzduchu

kvapky vody na skle

kvapky vody na skleLUM3N | Unsplash



Poskytovanie čistej pitnej vody celosvetovej populácii je jednou z veľkých technických výziev 21. storočia. V niektorých krajinách nemá viac ako polovica populácie prístup k čistej vode a v celosvetovom meradle jeden z troch ľudí nemá prístup k základným hygienickým zariadeniam, pre ktoré je voda kľúčová.

To je významná príčina hnačky a zlého zdravia vo všeobecnosti. Podľa niektorých odhadov zomiera každý deň viac ako 5 000 detí v dôsledku ochorení súvisiacich s hnačkou. Preto je dôležitým cieľom nájsť spôsoby výroby čistej vody.





Problém je v tom, že väčšina techník je pre chudobné krajiny neúmerne drahá. Tradičné prístupy ako destilácia, reverzná osmóza a recyklácia odpadových vôd sú energeticky náročné a drahé. A pasívne techniky, ktoré sa spoliehajú na slnečnú energiu, vyžadujú exotické materiály a solárne koncentrátory, ktoré sú objemné a drahé.

Existuje však ďalšia technika, ktorá má potenciál zmeniť tento depresívny počet: zber rosy. Ide o chladiaci vzduch, aby vodná para, ktorú obsahuje, kondenzovala, aby sa mohla zachytávať. Táto pasívna technológia má veľký potenciál na získavanie sladkej vody vďaka skutočnosti, že značné množstvo vodnej pary sa ukladá v atmosfére, hovoria Minghao Dong a kolegovia z Juhovýchodnej univerzity v Nanjingu v Číne.

môže mať sudoku viacero riešení

To vyvoláva niekoľko zjavných otázok. Koľko vody sa dá zozbierať týmto spôsobom? A aký je najlepší spôsob jeho zberu?



Dnes Minghao a kolegovia prvýkrát vypočítali základné limity technológie zberu rosy. Potom popisujú, ako by jednoduchá zmena konvenčných techník mohla výrazne zlepšiť užitočnosť a výnos.

Najprv nejaké pozadie. Pasívne kombajny sa skladajú z kondenzátora, tenkého plochého materiálu, ktorý vyžaruje teplo na nočnú oblohu (kombajny na rosu vo všeobecnosti pracujú iba v noci). Kondenzátor je izolovaný od zeme, aby nemohol absorbovať teplo zdola.

Keď kondenzátor v noci vyžaruje energiu, jeho teplota klesá, čím sa ochladzuje vzduch v bezprostrednej blízkosti. Ak teplota vzduchu klesne pod rosný bod (teplota, pri ktorej je vzduch nasýtený vodnou parou), para bude kondenzovať.

elon musk neuralink mozog

Samozrejme, že účinnosť tohto procesu je citlivá na široké spektrum faktorov, najmä na okolitú teplotu vzduchu, jeho relatívnu vlhkosť a rýchlosť, ktorou môže kondenzátor vyžarovať teplo.



Fyzici v priebehu rokov vypočítali, koľko vody dokáže vyprodukovať takéto zariadenie, keď je kondenzátor dokonale vyžarujúce čierne teleso. Minghao a kolegovia však tvrdia, že všetky tieto analýzy míňajú zrejmý bod: nezohľadňujú správne spôsob, akým skutočné materiály vyžarujú teplo, alebo spôsob, akým zemská atmosféra prenáša niektoré vlnové dĺžky svetla efektívnejšie ako iné.

Zber rosy

V dôsledku toho neboli riadne objasnené základné limity tejto techniky, čo sťažuje vyhodnotenie výkonnosti experimentov a určenie, či je táto technológia použiteľná za rôznych podmienok, najmä v relatívne suchých oblastiach.

Takže tieto faktory zahrnuli po prvýkrát. To im umožnilo posúdiť, ako budú fungovať rôzne materiály.

Ich metóda je jednoduchá. Minghao a kolegovia poukazujú na to, že vlnové dĺžky, pri ktorých je zemská atmosféra najpriehľadnejšia, sú dobre známe. Hovorí sa, že má zmysel použiť kondenzátor, ktorý vyžaruje na týchto frekvenciách, a nie ten, ktorý vyžaruje cez všetky vlnové dĺžky. Takýto kondenzátor nazývajú selektívny žiarič a porovnávajú ho s výkonom čierneho žiariča

korkovanie softbalovej pálky

Výsledky sú pútavé. Vedci tvrdia, že prispôsobenie emisivity kondenzátora priepustným charakteristikám atmosféry umožňuje významné zlepšenia. Napríklad pri okolitej teplote 20 °C (68 °F) s relatívnou vlhkosťou 40 % nemôže čierny žiarič získavať vodu žiadnym spôsobom. Na rozdiel od toho selektívny žiarič mohol [pozbierať rosu rýchlosťou] 13 gramov na meter štvorcový za hodinu, hovoria.

To je významné zistenie. Je rozdiel medzi schopnosťou zbierať rosu v noci na mieste, ako je Mohavská púšť, a bez vody.

Výskumníci navrhli kondenzátor s požadovanými charakteristikami vyžarovania energie. Ich dizajn pozostáva z tenkých vrstiev troch rôznych materiálov na hliníkovom základe. Táto vrstvená štruktúra najlepšie vyžaruje pri vlnových dĺžkach, pri ktorých je atmosféra najpriehľadnejšia.

nasa zakrýva vojnu vo vesmíre

Je to zaujímavá práca s potenciálom širokého uplatnenia. Minghao a kolegovia tvrdia, že zber rosy by mohol byť prospešný vo vlhkých aj suchých oblastiach: prvé zahŕňa ostrovy a pobrežné mestá, ktoré sú obklopené morskou vodou, ktorá nie je pitná, zatiaľ čo druhé zahŕňajú púšte, ktoré nemajú žiadnu formu pitnej vody.

A nízka cena tohto druhu pasívneho dizajnu je tiež dôležitá. Táto pasívna technológia zachytávania sladkej vody by dopĺňala existujúce technológie, najmä vo vidieckych a nízkopríjmových oblastiach, kde sú náklady veľkým problémom, hovoria.

Ak dokáže priniesť čistú pitnú vodu čo i len malému zlomku tých, ktorí ju momentálne nemajú, bude to pre ľudstvo významný zisk.

aspoň jeden startup, Voda s nulovou hmotnosťou , sa už pokúša komercializovať podobné zariadenie, ktoré dokáže čerpať vodu zo vzduchu, zatiaľ čo iní vedci pokračujú v presadzovaní svojich schopností, vrátane spolupráce medzi výskumníkmi z Kalifornskej univerzity, Berkeley a MIT (pozri Ako vytiahnuť vodu zo vzduchu aj v najsuchších častiach zemegule).

Ref: arxiv.org/abs/1909.05757 : Základné limity technológie zberu rosy

skryť

Skutočné Technológie

Kategórie

Nezaradené Do Kategórie

Technológie

Biotechnológia

Technická Politika

Zmena Podnebia

Ľudia A Technika

Silicon Valley

Výpočtový

Magazín Mit News

Umela Inteligencia

Priestor

Inteligentné Mestá

Blockchain

Celovečerný Príbeh

Profil Absolventov

Spojenie Absolventov

Funkcia Mit News

1865

Môj Názor

77 Mass Ave

Zoznámte Sa S Autorom

Profily Vo Štedrosti

Videné Na Akademickej Pôde

Listy Absolventov

Správy

Voľby 2020

S Indexom

Pod Kupolou

Požiarna Hadica

Nekonečné Príbehy

Pandemický Technologický Projekt

Od Prezidenta

Titulný Príbeh

Fotogaléria

Odporúčaná