پژوهشگران راهی برای استفاده از رطوبت هوا برای تهیه آب در بیابان یافتند

در فیلم اصلی جنگ ستارگان 1977، در سیاره Tatooine ، جایی که گرم و خشک بود خانواده لوک اسکای واکر، (از شخصیت‌های اصلی داستان) رطوبت را از اتمسفر با استفاده از دستگاهی به نام " vaporators " استخراج می‌کردند؛ این در حالی بود که این روش (1) برای زنده ماندنشان، بسیار سودمند بود. اما این روش یعنی استخراج رطوبت از هوا برای نوشیدن آب در دنیای واقعی امکان‌پذیر است؟

به گزارش ایانا از وب‌سایت singularityhub ، محققان و نویسنده این گزارش، امین ال‌حبیب ( Amin Al-Habaibeh ، استاد مهندسی سیستم هوشمند دانشگاه ناتینگهام ترنت که تحقیق و تدریس وی در زمینه گسترده‌ای از چند موضوع در چند رشته برای تولید و طراحی انرژی متمرکز است) در حال کار روی تکنولوژی‌ای هستند که این داستان علمی تخیلی را به واقعیت نزدیک‌تر می‌کند.

اگر در باغی در یک روز گرم و مرطوب تابستان با لیوانی از آب سرد نشسته باشید، شما قطرات آب تشکیل شده را در دیواره خارجی لیوان می‌توانید ببینید، این امکان دارد با استفاده از روشی مشابه، دستگاه vaporators جنگ ستارگان در دنیای واقعی کار کند.

روشی که هوای گرم خنک کرده و از حالت گاز (بخار) به مایع و قطره‌های آب تبدیل کند، پس از آن بتوان آب را جمع‌آوری کرد. باران در واقع یک پدیده طبیعی است که از این اصل پیروی می‌کند هنگامی که هوای گرم و مرطوب سرد می‌شود، پتانسیل خود را برای نگهداری آب از دست داده و بارش به‌صورت قطرات باران رخ می‌دهد.

هوا به‌طور طبیعی بخار آب دارد و زمانی که هوا گرم می‌شود و رطوبت از میزان معمول بالاتر برود، بخار آب بیشتری ایجاد می‌شود؛ بنابراین فناوری باید به‌گونه‌ای باشد که بتواند آب را از هوای گرم و مرطوب استخراج کند. این در حالی است که با رطوبت 100 درصدی و هوایی که درجه حرارت 40 درجه سانتیگراد است حدود 51 میلی‌لیتر آب در هر مترمکعب از هوا می‌توان گرفت و در حالی که برای همان میزان رطوبت و درجه هوای 10 درجه سانتیگراد، تنها 9.3 میلی‌لیتر آب را می‌توان به دست آورد.

اگر ما هوا را از 40 به 10 درجه سانتیگراد کاهش دهیم (سرد کنیم)، باید قادر باشیم از میزان اختلاف دما و هوا، یعنی 41.7 میلی لیتر برای هر مترمکعب از هوا آب استخراج کنیم. تحت این شرایط با تکنولوژی فعلی، ما می‌توانیم 147 لیتر آب در هر ساعت با استفاده از همان مقدار انرژی (بخار) به دست آوریم که این میزان انرژی معادل 18 کتری برقی خانگی است.

در مکان‌هایی مانند بیابان که رطوبت کمتر است، بنابراین آب کمتری در هوا وجود دارد و میزان کارکرد سیستم کمتر می‌شود. شما باید به میزان بیشتری هوا را خنک کرده تا همان مقدار آب را به دست آورید، البته به انرژی بیشتری هم نیاز دارید. این تکنولوژی، برای کشورهایی که با کمبود شدید آب رو به رو هستند، بسیار گران است و باید یک راه کارآمدتر برای گرفتن بخار آب به کار برد.

ساده‌ترین راه طراحی برای استخراج آب از هوا، تکنولوژی غیرفعال است که دارای یک سطح سرد برای ایجاد مه یا بخار آب متراکم روی آن است. انتخاب مواد و کیفیت سطح برای به حداکثر رساندن جمع‌آوری آب از مسائل مهم هستند.

برای مثال، کشاورزان شیلی با استفاده از یک تور فولادی برای گرفتن آب از مه بهره می‌گیرند. محققان نشان داده‌اند که برای کارآمدتر کردن آن، می‌توان یک پوشش خاص را برای جذب مولکول‌های آب به این سیستم اضافه کرد.

خنک‌کنندگی فعال

فناوری خنک‌کنندگی فعال ( active cooling technologies ) مانند چرخه خنک‌کنندگی سیستم‌های تهویه مطبوع، یخچال و فریزر است.

در سال 1834، فیزیکدان فرانسوی Jean-Charles-Athanase Peltier ، یک پدیده جالب را کشف کرد. اگر جریان از یک مدار ساخته شده از سیم‌های مس و بیسموت (2) عبور دهید، افزایش درجه حرارت در نقطه‌ای که از مس به بیسموت می‌رود رخ می‌دهد و افت درجه حرارت زمانی که جریان از بیسموت به مس عبور کرد، ایجاد می‌شود. این به این معنی با مصرف انرژی الکتریکی، ما می‌توانیم یک اثر خنک‌کننده بدون هیچ مایع یا قطعه‌ای فراهم کنیم.

تکنولوژی چارچوب آلی فلزی ( Metal-organic framework ) عکس MIT از آزمایشگاه Evelyn Wang انستیتو تکنولوژی ماساچوست

دانشمندان از مؤسسه تکنولوژی ماساچوست ( MIT ) یکی دیگر از تکنولوژی‌ها که می‌تواند کارآمدتر باشد، نشان دادند، با استفاده از چیزی به نام چارچوب آلی فلزی طراحی شده که انرژی اش توسط نور خورشید تأمین می‌شود. همچنین این تکنولوژی، در مجله علوم ( Science ) شرح داده شده است، با استفاده از شبکه‌ای از فلز و مولکول‌های آلی می‌توان به‌راحتی بخار آب را که با استفاده از حرارت خورشید آزاد شده، استخراج کرد.

گزارش شده است که یک کیلوگرم از این مواد می‌تواند 2.8 لیتر آب در روز در سطح رطوبت نسبی 20درصد، بدون هیچ منبع انرژی خارجی دیگر فراهم کند و این یک تکنولوژی امیدوارکننده برای برداشت آب در مناطق خشک یا بیابانی است.

روش دیگر استفاده از فناوری خنک‌کنندگی ساده است که البته باید همراه با کاهش هزینه‌ها باشد. من (نویسنده گزارش) و گروهم، در حال توسعه یک سیستم استخراج آب از هوا ( water-from-air ) با استفاده از یخچال‌ها و فریزرهای قدیمی هستیم. ما امیدواریم که به ایجاد یک سیستم کم‌هزینه برای کشورهای در حال توسعه بینجامد همچنین باعث کاهش زباله در کشورهای توسعه یافته شود.

کارهای آینده در این زمینه استفاده از پوشش‌های ویژه سطحی است که بتوان قطرات آب را به‌آسانی جمع کرد و باعث شده تا سیستم کارآمدتر شود، علاوه بر این، تحقیقات روی چارچوب آلی فلزی انجام می‌شود. همچنین یکی دیگر از چالش آلودگی هوا است. در برخی از نقاط جهان، فیلترهای خاص و اقدامات بیشتری نیاز باشد تا بتوان آب سالمی برای نوشیدن تهیه کرد./

ترجمه: فرحناز سپهری

پی‌نوشت:

1- استخراج رطوبت هوا و حذف بخار آب از هوا است.

2- بیسموت از تمامی فلزات مغناطیسی‌تر است و بجز جیوه از تمامی عناصر خاصیت رسانایی حرارتی کمتری دارد. از ترکیبات بیسموت در ساخت لوازم آرایش، رنگ‌دانه‌ها و کاربردهای دارویی استفاده می‌شود.