Учёные MIT предложили быстрый способ извлечения питьевой воды из «губчатых» материалов, собирающих влагу из воздуха. Новая технология заменяет медленное нагревание ультразвуковым встряхиванием, позволяя получать воду в разы быстрее и эффективнее.
Как устроена технология
Атмосферные системы добычи воды (AWH) используют сорбенты — материалы, способные втягивать влагу из воздуха даже при низкой влажности. Однако есть нюанс: то, что легко поглощает воду, не хочет с ней расставаться. Обычно сорбенты нагревают солнечным теплом, постепенно испаряя влагу. Такой процесс длится десятки минут, а порой и часы.
Команда MIT решила эту проблему радикально — отказалась от тепла и внедрила ультразвук. Они применили устройство под названием ультразвуковой актуатор, который буквально «вытряхивает» воду из материала.
Ультразвук — это звуковые волны частотой выше 20 кГц, невидимые и неслышные для человека. Эти высокочастотные колебания подбираются так точно, что разрывают слабые связи между молекулами воды и поверхностью сорбента.
«С ультразвуком мы можем точечно разрушать связи между водой и материалом. По сути, вода начинает танцевать вместе с волнами, набирает импульс — и затем вылетает в виде капель», — объясняет первый автор исследования Икра Ифтекхар Шуво.
В центре системы — плоское керамическое кольцо, которое вибрирует при подаче напряжения. Внешнее кольцо с крошечными соплами направляет встряхнутые капли в сборники сверху и снизу. Весь процесс занимает считанные минуты.
Почему это важно
В экспериментах образцы материала размером с монету высыхали за несколько минут — это в 45 раз быстрее, чем при использовании солнечного нагрева.
Да, ультразвуковой метод требует энергии, но её можно получить от небольшой солнечной панели. Такой подход позволяет создать автоматическую систему: как только сорбент насытился водой, включается «циклон из ультразвука», и процесс сбора начинается заново. Так можно повторять много раз в сутки.
«Главное — сколько воды можно добыть за день. А ультразвук позволяет быстро извлекать воду и снова запускать цикл», — отмечает Светлана Борискина, руководитель исследования.
В перспективе учёные видят компактную бытовую установку размером примерно с оконный блок кондиционера. Она могла бы обеспечивать водой дома в засушливых регионах, где традиционные источники и даже опреснение морской воды недоступны.
Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
