A levegőből vonja ki a vizet a kalandorok legújabb jó barátja

Az MIT kutatói jelentősen növelték annak a berendezésnek a kitermelését, amely a Nap vagy bármilyen más energiaforrás segítségével száraz klímán is képes iható vizet kivonni a levegőből.

Forrás: origo.hu2020. 10. 23. 18:02

A Massachusetts Institute of Technology (MIT) munkatársai más kutatóintézetekkel együttműködve továbbfejlesztették a három évvel ezelőtt kidolgozott prototípus-berendezésüket, amely így egyre közelebb kerül a gyakorlati alkalmazáshoz. A készülékkel vizet lehet kivonni a olyan területekre, ahol mind a vizet, mind az elektromosságot problémás elérni. Az MIT Mechanikus Mérnöki Tanszékének vezetője, Evelyn Wang professzor által irányított kutatás eredményeit a Joule című folyóirat legutóbbi számában tették közzé.

A készülék korábbi változatával Wang és munkatársai bizonyították a koncepció gyakorlati alkalmazhatóságát.

Az elsőként bemutatott rendszer a készüléken belül fellépő hőmérsékletkülönbséget használta ki arra, hogy egy adszorbens tulajdonságú – a felszínén nedvességet megkötő – anyag segítségével éjszaka párát vonjon ki a levegőből, majd másnap víz formájában kibocsássa azt.

Amikor napsütés éri a berendezést, a napfény által felforrósított tető és az árnyékolt alsó rész közötti hőmérsékletkülönbség hatására a megkötött vízpára kiszabadul az adszorbens anyagból, és folyékony formában lecsapódik egy gyűjtőtálcán.

Ennek a készüléknek azonban több komoly hátulütője is volt: egyfelől a lelkét jelentő adszorbens olyan fémorganikus mátrixot tartalmazott, amelynek előállítása költséges, és a hozzá szükséges nyersanyagok elérhetősége korlátozott, másfelől a vízkihozatal nem volt elégséges a gyakorlati alkalmazáshoz.

A továbbfejlesztett berendezésbe azonban beépítettek egy második lépcsőt a deszorpció – az adszorbensből való vízkilépés – és a lecsapódás hatékonyságának fokozására, és adszorbensnek egy sokkal általánosabban elérhető anyagot alkalmaztak.

Ezáltal nemcsak a vízkihozatal fokozódott jelentősen, hanem a gyártási folyamat is felskálázhatóvá vált, s így már alkalmas egy jövőbeni széleskörű forgalmazás igényeinek kielégítésére – állítják a kutatók. Wang elmondása szerint a csoport a készülék első változatának sikeres próbája után úgy érezte: „remek, hogy van egy kis prototípusunk, de hogyan váltsunk ezzel léptéket?„ A működés továbbfejlesztésével és a felhasznált anyagok újragondolásával most nagy lépést tettek ebbe az irányba.

Így működik az új fejlesztés

A fémorganikus mátrixok helyett az új változat a zeolitoknak nevezett anyagok egy formáját, jelen esetben a mikroporózus vas-alumíniumfoszfátot alkalmazza a vízpára megkötésére.

Ez az anyag korlátlanul elérhető, stabil, és adszorbens tulajdonságai pont megfelelőek egy olyan hatékony vizet szolgáltató rendszerhez, amely pusztán a normális napi hőingadozást és a napsütés adta meleget használja fel.

A tanulmányban doktoranduszként közreműködő Alina LaPotin által kifejlesztett kétlépcsős megoldás elmésen aknázza ki azt a hőt, amely a vizet halmazállapot-változáskor kíséri. A napsütés hőjét a dobozszerű szerkezet tetejére szerelt napkollektor összegyűjti, és felmelegíti vele a zeolitot, amely az éjszaka folyamán magába szívta a légnedvességet.

Az így kipárolgó vízgőz lecsapódik a gyűjtőtálcán, ami megint csak hőt szabadít fel. A trükk az, hogy a gyűjtőtálca egy rézlemez, amely közvetlenül egy második zeolitréteg fölé van szerelve, és azzal érintkezésben áll, így a vízkondenzáció során keletkező hő közvetlenül a második zeolitrétegbe zárt nedvesség felszabadítására fordítódik. A két zeolitrétegből összegyűjtött vízcseppek aztán egy közös tartályba érkeznek.

A teljes folyamat a napkollektor négyzetméterére eső maximális kinyerhető vízmennyiséget tekintve nagyjából kétszeres hatékonyságú az eredeti dizájnhoz képest. A pontos mutatók persze a körülményektől – leginkább a helyi hőmérsékletingadozástól, a napsugárzás erejétől és a légnedvességtől – függenek. Az új rendszer prototípusát az MIT egyik épületének tetejére szerelték fel, ahol Wang elmondása szerint a korábbihoz viszonyítva nagyságrendekkel több vizet termelt.