Dažkārt lielākās inovācijas dzimst no nelielas, bet spītīgi pastāvošas neērtības. Sorbenta materiāli, kas uzsūc ūdeni no gaisa, naktī mitrumu savāc ļoti efektīvi. Taču dienas laikā ūdens no šī materiāla negrib viegli atbrīvoties, un viss process kļūst ievilks.
Ilgu laiku sorbenta pilnīgai izžūšanai saulē bija vajadzīgas vairākas stundas. Tas nozīmēja lēnu darba ciklu un nelielu diennakts ūdens ieguvi. Kopienām, kas dzīvo bez drošiem ūdens avotiem, šāds risinājums deva vien minimālu labumu.
Vienkāršas, bet gudras pārmaiņas pieejā
Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta pētnieki parādīja, ka šo problēmu var atrisināt pavisam citādi. Tā vietā, lai meklētu kādu jaunu, “brīnumainu” sorbentu, tika mainīts ūdens atgūšanas veids. Pamatideja ir pārsteidzoši vienkārša: ūdeni no materiāla neatbrīvo karstums, bet gan kustība.
Jums varētu patikt šie:
Kāpēc sorbenta materiāli ir “pārāk labi”?
Materiāli, kas savāc ūdeni no atmosfēras, ir izstrādāti tā, lai tie naktī ļoti cieši piesaistītu mitruma molekulas. Kad ūdens molekulas ir piesaistījušās sorbenta virsmai, parasta sildīšana bieži vien nav pietiekama, lai tās atbrīvotos. Dienas laikā materiāls jāuzsilda ilgi, lai ūdens atkal iztvaikotu.
Šāds darbības režīms būtiski ierobežo visas sistēmas ātrumu. Pat ja sorbents spēj piesaistīt daudz ūdens, tas nākamajam ciklam atbrīvojas pārāk lēni. Rezultātā diennakts ūdens ieguve ir maza, bet enerģijas patēriņš — liels.
Ultraskaņa kā galvenais ūdens atbrīvošanas instruments
Īstais pavērsiens notika, kad pētnieku komandai pievienojās doktorants Ikra Iftekhar Shuvo. Viņam jau iepriekš bija pieredze ultraskaņas izmantošanā medicīnas tehnoloģijās, un viņš ierosināja sorbentu nevis sildīt, bet likt tam vibrēt. Tā ūdens atbrīvojas daudz ātrāk un ar mazāku enerģijas patēriņu.
Ultraskaņa ir augstas frekvences viļņi, kurus cilvēks nedzird. Tie iedarbojas tieši tajā mērogā, kur vājinās saites starp ūdeni un sorbenta virsmu. Vibrācija it kā “pastumj” molekulas prom no virsmas, tās saplūst kopā un pārvēršas mazās pilītēs.
Kā darbojas iekārta?
Sistēmas centrā atrodas plakans keramisks gredzens, kas, pieslēdzot spriegumu, sāk vibrēt. Tuvu tam novietots otrs gredzens ar mikroskopiskiem atvērumiem. Kad ultraskaņa atbrīvo ūdeni no sorbenta, veidojušās pilītes tiek izspiestas cauri šiem atvērumiem un iekrīt nelielos savākšanas traukos.
Jums varētu patikt šie:
Eksperimentos monētas lieluma sorbenta paraugi, kas bija piesātināti ar mitrumu, izžuva vien dažu minūšu laikā. Vairs nebija jāgaida daudzas stundas saulē, tāpēc viss darba cikls kļuva ievērojami īsāks. Tas nozīmē, ka diennakts laikā var veikt daudz vairāk uzsūkšanas un atbrīvošanas ciklu.
Efektivitāte un praktiskā nozīme
Aprēķini parādīja, ka ūdens atbrīvošana ar ultraskaņu ir aptuveni 45 reizes energoefektīvāka nekā sorbenta žāvēšana tikai ar saules siltumu. Tā kā ūdens ieguvei tagad vajadzīgas minūtes, nevis stundas, faktiski izmantojamais diennakts ūdens daudzums ievērojami palielinās.
Ne mazāk svarīgi ir tas, ka iekārtas darbināšanai pietiek ar nelielu saules paneli. Tas pats panelis var kalpot arī kā sensors: kad sorbents ir piesātināts ar mitrumu, sistēma automātiski ieslēdz ultraskaņas vibrāciju. Šāds risinājums ir piemērots gan privātmājām un zinātniskajām stacijām, gan attāliem ciematiem, kur ūdens iegūšana tieši no gaisa var kļūt par īstu glābšanas riņķi.
