29 ژوئیه 2024 -توسط دیوید آپل، شماتیک سیستم SAWE غیرفعال. سمت چپ: ظرف در انتهای پایین پل های حمل و نقل انبوه آب را جذب می کند. در انتهای بالایی که محصور است انرژی خورشیدی تولید آب را به حرکت در می آورد. این روی دیواره های داخلی ظرف جمع می شود و سپس سیستم را به عنوان آب شیرین ترک می کند. سمت راست: انتقال گرما در پل های حمل و نقل انبوه. اعتبار: مجوز بین المللی Creative Commons Attribution 4.0
کمبود آب شیرین بیش از دو میلیارد نفر را در جهان تحت تأثیر قرار می دهد، عمدتاً در مناطق خشک و دور افتاده، و همچنین جزایر و مناطق ساحلی بدون منابع آب شیرین. تغییرات آب و هوا و رشد جمعیت فقط مشکل را بدتر می کند و روش های موجود نیاز به ورودی انرژی، معمولاً الکتریکی دارند.
انرژی های تجدیدپذیر می توانند این مشکل را برطرف کنند و برای این مناطق برای آب آشامیدنی و آبیاری با استفاده از آب استخراج شده از جو مورد نیاز است. (تخمین زده می شود که جو حدود 13 تریلیون تن آب دارد که شش برابر آب شیرین رودخانه های کره زمین است؛ گرمایش جهانی به هوا اجازه می دهد تا بخار آب بیشتری را در خود نگه دارد، به طور نظری 7 درصد به ازای هر درجه سانتیگراد گرم شدن).
اکنون مهندسان و دانشمندانی از عربستان سعودی و چین سیستمی ایجاد کرده اند که از انرژی خورشیدی برای استخراج 3 لیتر (0.8 گالن) آب در هر متر مربع در روز از هوا استفاده می کند، به روشی کاملاً غیرفعال، بدون نیاز به تعمیر و نگهداری یا اپراتور انسانی. . این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.
این سیستم با استفاده از آب جمع آوری شده آن برای رشد موفقیت آمیز کلم طی دو فصل در Thuwal، عربستان سعودی آزمایش شد.
یو هان، یکی از نویسندگان از دانشگاه فناوری چین جنوبی، گفت: “هدف ما اجرای این فناوری برای تولید آب از هوا برای جبران نیاز آبی برای کشاورزی پایدار مورد نیاز برای تولید غذای مطمئن در خاورمیانه است.”
سیستم های استخراج آب اتمسفر خورشیدی موجود (SAWE) معمولاً به جذب بخار آب از هوا متکی هستند. هنگامی که ماده جذب کننده به حد اشباع می رسد، سیستم مهر و موم شده و در معرض نور خورشید قرار می گیرد که باعث آزاد شدن آب جذب شده می شود. آنها پیشرفتی نسبت به فناوری‌های آب غیرفعال جوی مانند جمع‌آوری مه و شبنم هستند و در سایر مناطق جغرافیایی و مکان‌هایی با محدودیت‌های آب و هوایی در دسترس هستند.
اما چنین سیستم‌های SAWE تنها یک چرخه جذب-آزاد شدن را در روز امکان‌پذیر می‌سازند، رطوبت را در شب جذب می‌کنند و در طول روز جذب می‌کنند، با فاز جذب آهسته میزان استخراج آب را محدود می‌کند.
پذیرش گسترده آنها همچنین با جذب نانومواد پرهزینه محدود شده است، و مقیاس‌پذیری نمونه‌های اولیه را به چالش می‌کشد، در حالی که چرخه‌های سوئیچینگ یا نیازمند یک سیستم فعال است که مستعد خرابی است یا به یک عملیات فشرده با قطعات متحرک، که سیستم‌ها را پیچیده و انرژی فشرده می‌کند.
برای طراحی یک سیستم غیرفعال، کارآمد، به راحتی مقیاس پذیر و با حداقل کار، این گروه از ساختاری از چندین میکروکانال عمودی به نام پل های حمل و نقل انبوه استفاده کردند. لوله ها که در یک ظرف قرار دارند با محلول نمک مایع پر می شوند که به عنوان جاذب مایع عمل می کند. از لیتیوم کلرید استفاده کردند.
بسته به توزیع دما، منطقه دمای محیطی که در معرض محیط قرار می گیرد، به طور مداوم آب اتمسفر را گرفته و در یک ظرف ذخیره می کند. هنگامی که سیستم نور خورشید را دریافت می کند، جاذب نور را به گرما تبدیل می کند و بخار آب غلیظی را در منطقه با دمای بالا تولید می کند.بخار آب روی دیواره محفظه متراکم شده و آب شیرین تولید می کند. آب بیشتر گرفته شده از ظرف جاذب بدون وقفه به منطقه با دمای بالا حرکت می کند.
در همان زمان، مایع غلیظ در منطقه با دمای بالا از طریق انتشار – حرکت مولکول‌ها از یک منطقه با غلظت بالا به غلظت پایین – و با همرفت – حرکت گرمتر و پایین‌تر به منطقه دمای محیط بازگردانده می‌شود. محلول چگالی از طریق مناطق سردتر و متراکم تر – امکان جذب مداوم بخار آب تا زمانی که نور خورشید در دسترس باشد.
برای پیاده‌سازی این سیستم، تیم یک جاذب خورشیدی از نانولوله‌های کربنی نیمه اکسید شده روی یک غشای الیاف شیشه ایجاد کرد. سیاهی نانولوله های کربنی و ریزساختارهای به دام انداختن نور حدود 96 درصد از نور خورشید را در هنگام خیس شدن جذب می کنند. آنها دریافتند که ارتفاع بهینه برای منطقه تولید بخار و منطقه جذب آب اتمسفر به ترتیب 3 و 5 سانتی متر است.
برای آزمایش این تنظیمات در یک دوره تولید هشت روزه، آنها از هشت ساعت نور خورشید و سپس 16 ساعت تاریکی استفاده کردند. آنها دریافتند که با افزایش رطوبت نسبی از 60 درصد به 90 درصد، میزان تولید آب از حدود 0.04 به حدود 0.65 کیلوگرم بر متر مربع در ساعت افزایش یافت.
به عنوان یک آزمایش در دنیای واقعی در میدان در عربستان سعودی، مساحت تبخیر به 13.5 سانتی متر در 24 سانتی متر افزایش یافت که 36 برابر بزرگتر از نمونه اولیه بود. این پیکربندی 2.9 لیتر در هر متر مربع در روز تولید می‌کند که با انرژی خورشیدی متفاوت است.
این مقدار چهار برابر بزرگتر از یک پروژه آب اتمسفر از سال 2021 و 27 برابر بیشتر از یک SAWE از سال 2017 است.
در آزمایشی در پاپوآ گینه نو، این میزان به 4.6 لیتر در هر متر مربع در روز افزایش یافت. Qiaoqiang Gan یکی از نویسندگان از دانشگاه علم و صنعت ملک عبدالله در عربستان سعودی گفت: «به طور قابل توجهی، آب برداشت شده با موفقیت برای آبیاری خارج از شبکه Brassica rapa (کلم چینی) مورد استفاده قرار گرفت. در مناطقی که به منابع آب مایع دسترسی ندارند.”
