22.04.2021
2 мин
293

Решить вододефицит новым методом сбора воды «из воздуха» намерены ученые

Решить вододефицит новым методом сбора воды «из воздуха» намерены ученые

Исследователи из Техасского университета в Далласе разработали уникальный способ сбора воды «из воздуха». В этих целях ученые создали новую поверхность, которая буквально собирает капли воды, сообщает World of NAN со ссылкой на службу со СМИ Техасского университета.

«Мы обнаружили новый физический феномен, который позволяет быстрее собирать воду из воздуха без внешней силы. А в последствии создали уникальную поверхность, которая и занимается сбором воды», – говорит д-р Сяньмин Дай, профессор машиностроения в Школе инженерии и информатики Эрика Йонссона, который руководил научной работой. 

Поверхность, которую Дай и его коллеги разработали, это пропитанная жидкой смазкой пористая поверхность SLIPS. Она обладает уникальной гидрофильной природой для сбора воды из воздуха и побуждает крошечные капли воды спонтанно переходить в более крупные.

Как это происходит? Когда водяной пар конденсируется на жидкой смазке новой поверхности, масло из смазки образует мениск – дугу вокруг капель. Мениск выглядит как изгибающийся вверх пандус, который действует как мост, по которому микрокапли спонтанно поднимаются к более крупным каплям воды и сливаются с ними. Этот процесс исследователи называют «эффектом укрупнения». При этом свойства смазанной поверхности предотвращают полное погружение капель воды в масло, поэтому капли могут плавать в масле, позволяя подниматься другим.

«Масляный мениск действует как мост, поэтому маленькая капля может взобраться на него и ищет более крупную. После того, как капли соединяются, они становятся одним целым», – комментируют исследователи.

Когда крошечные капли воды конденсируются из воздуха на охлаждаемой поверхности, они превращаются в тепловой барьер, предотвращающий дальнейшую конденсацию. Обеспечивая быстрый сбор капель воды, укрупняющиеся капли впоследствии отрываются от вертикальной поверхности под действием силы тяжести и быстро стекают в специальные резервуары. На их месте образуются новые капли, что способствует более быстрому и эффективному сбору воды.

Как рассказали журналистам ученые, они случайно обнаружили явление самодвижущихся капель. До этого исследователи тестировали различные смазочные материалы, чтобы определить, какие из них могут лучше всего облегчить сбор воды, когда увидели, как более мелкие капли воды, собираясь вместе, образуют более крупные. Таким образом, «феномен крупнозернистых капель», который обнаружили ученые, может помочь собрать определенное количество воды из росы, при тумане.

Новое открытие побудило ученых сотрудничать с доктором Говардом А. Стоуном, заведующим кафедрой механической и аэрокосмической техники в Принстонском университете и экспертом в области гидродинамики, чтобы исследовать физику, лежащую в основе нового явления.

«Если бы у нас не было этого нового явления, капли были бы слишком маленькими, и мы вряд ли смогли бы их собрать», – говорят ученые.

Основываясь на экспериментальных данных, исследователи утверждают, что созданная ими поверхность повысила скорость сбора воды на 200% по сравнению с аналогичными показателями.

«Мы не сможем собрать большое количество воды, если у нас не будет способа собрать ее очень быстро. Проблема с другими поверхностями заключается в том, что маленькие капли воды могут испариться до того, как их можно будет собрать», – говорит Дай.

Дай и его коллеги сейчас продолжают работать над способами использования своей смазки для создания устойчивых систем сбора воды, которые будут мобильными, меньшими по размеру, по весу и более дешевыми. Результаты исследований, по мнению ученых, могут решить ключевые проблемы сбора воды из воздуха.

«Сбор воды за счет конденсации пара в воздухе может уменьшить дефицит воды в засушливых регионах по всему миру. Если мы изобретём системы сбора воды, мы сможем собирать ее везде, где есть воздух. Что особенно важно в регионах, где воды не хватает», – отметил ученный.

Разработка новых технологий сбора воды из атмосферы – большой прорыв в науке, поскольку все больше людей живут в районах, где не хватает пресной воды, а открытие ученых могло бы помочь решить вопрос острого дефицита воды.

По оценкам экспертов, 4 миллиарда человек живут в регионах с острой нехваткой пресной воды. По прогнозам, к 2050 году это число вырастет до 4,8–5,7 млрд. Причины включают в себя помимо изменения климата, загрязнение водных ресурсов и повышение спроса на воду из-за роста населения и изменений в поведении пользователей.

Источник: Техасский университет в Далласе