جذب آب از هوا توسط آیروژل های هوشمند

محققان در دانشگاه بین المللی سنگاپور ماده ای تولید کرده اند، که آب را از هوا بدون منبع خارجی جذب می کند. این ماده توسط تیمی متشکل از 6 محقق اختراع شده است. با توجه به بحران کنونی آب پیش بینی می شود که جنگ های آینده بر سر آب می باشد و یک میلیارد نفر در سراسر جهان در حال حاضر برای یافتن آب کافی برای زندگی تلاش می کنند. بنابر این در سراسر جهان دانشمندان به دنبال راه حلی برای تولید آب شرب می باشند. اخیرا محققان دانشگاه ملی سنگاپور ماده ای به نام آیروژل هوشمند را تولید کرده اند، که بدون هیچ نیروی خارجی از هوا آب استخراج می کند. با ما همراه باشید تا در رابطه با این ماده بیش تر بدانیم.

نحوه عملکرد هواژل در جذب آب از هوا

در اتمسفر زمین آبی وجود دارد، که می تواند به اندازه نیم تریلیون استخر شنای المپیک را پر کند. اما مدت هاست که به عنوان یک منبع آب آشامیدنی نادیده گرفته شده است. برای استخراج آب از این منبع کم استفاده، تیمی به سرپرستی پروفسور هو گیم وی از گروه مهندسی برق و کامپیوتری دانشگاه ملی سنگاپور یک نوع آیروژل را ایجاد کردند. این ماده جامد است و تقریبا هیچ وزنی ندارد. این ماده زیر میکروسکوپ، مانند یک اسفنج به نظر می رسد اما لازم نیست آن را فشار دهید تا آب جذب شده از هوا را آزاد کند. علاوه بر این نیازی به باتری ندارد.

در یک محیط مرطوب یک کیلوگرم از این ماده روزانه 17 لیتر آب تولید می کند. این ترفند در مولکول های بلند و شبیه مار معروف به پلیمرها باعث ایجاد هواژل یا همان آیروژل می شود. این پلیمر زنجیره ای بلند از ساختار شیمیایی پیچیده ای تشکیل شده است، که می تواند بین جذب و دفع آب و هوا مداوم جا به جا شود. 
آیروژل هوشمند به طور خودکار مولکول های آب را از هوا جمع آوری می کند و آنها را به صورت مایع متراکم کرده و آب را آزاد می کند. هنگامی که آفتاب وجود دارد، ساختار هوشمند می تواند با انتقال به حالت کاملا متنفر از آب، انتقال آب را بیش تر کند. 95% از آب بخار شده به هواژل به صورت آب از آن خارج می شود. در تست های آزمایشگاهی، آیروژل ها ماه ها بدون وقفه تولید آب می کنند.

نتایج عملیاتی این تحقیق 

طبق آزمایشات انجام شده، آب تولید دارای استانداردهای سازمان جهانی بهداشت در مورد آب آشامیدنی مطابقت دارد. دیگر دانشمندان قبلا برای استخراج آب از هوا روش هایی را طراحی کرده بودند، اما طرح های آنها باید از نور خورشید یا برق تغذیه می کرد و یا دارای قطعات متحرکی بود که باید باز و بسته می شدند. نتایج این تحقیق در مجله Science Advance در 16 اکتبر 2020 منتشر شده است. دست اندر در کاران این طرح در حال حاضر به دنبال شرکای صنعتی برای تولید این ماده جهت مصارف داخلی و صنعتی می باشند. 

با توجه به این که آب جوی به طور مداوم توسط چرخه جهانی هیدرولوژیکی پر می شود، این اختراع یک راه حل امیدوار کننده برای دست یابی به تولید آب شیرین پایدار در شرایط آب و هوایی مختلف با حداقل هزینه انرژی می باشد.

روش های مختلف تولید آب از هوا

روش های مختلفی برای تولید آب از هوا وجود دارند، که هر کدام دارای مزایا و معایبی می باشند. از متداول ترین روش های نوین در تولید آب از هوا می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1- تراکم سرمایشی هوا

این روش یکی از روش های متداول تولید آب از هوا می باشد. اساس کار این دستگاه، سرد کردن هوا و کمک به متراکم شدن آن و کاهش حجم هوا در نگهداری از آب می باشد. این فرایند به صورت زیر انجام می شود:

توسط یک کمپرسور هوا، هوای سرد به لوله های کویل وارد می شود و به دلیل وجود پنکه های سرد کننده قبل از این لوله ها، دمای هوا کاهش می یابد. همزمان هوای دارای رطوبت از سمت دیگر دستگاه وارد می شود و در بین لوله های مارپیچ به جریان در می آید. هوا با لوله های سرد برخورد کرده و با تبادل دمایی، هوا سرد شده و قطرات آب از آن جدا می شوند. قطرات آب تولید شده به محفظه های مخصوص وارد می شوند تا ویروس ها و باکتری ها و دیگر آلاینده ها به آن وارد نشود. با توجه به این که هوای داخل لوله های کویل گرم شده است، مجدد وارد کمپرسور هوا شده و بعد از خنک شدن به لوله های مارپیچ وارد شده و این فرایند تکرار می شود.
مقدار آب تولید شده در این روش در مرحله اول به میزان رطوبت موجود در هوا، ظرفیت دستگاه و دمای هوای موجود در لوله ها بستگی دارد.

2- رطوبت گیر مرطوب

این روش توسط FEMA برای نیروهای دریایی ایالات متحده آمریکا طراحی شده است. در این روش با جذب رطوبت آب توسط محلول آب نمک عمل می کند. محلول آب نمک قدرت جذب رطوبت بالایی دارد، بنابر این می تواند تا حد زیادی رطوبت را به سمت مخازن جذب کند و در نهایت با تصفیه آب از آن استفاده شود.

3- تولید آب از هوا با دستگاه های خورشیدی

در دستگاه های خورشیدی یک پوشش پرزدار از جنس مواد آلی و مشابه با اسفنج در بالای مخزن چهار گوشی از داخل نصب می شود. درب مخزن در طول شب باز می ماند و حجم زیادی از هوا توسط سطح پرزدار جذب می شود. در طول روز درب مخزن بسته می شود و با کمک جذب نور خورشید رطوبت جذب شده به سطح پرزدار را به بخار تبدیل می کند. در نهایت بر اثر متراکم شدن روی سطح پایینی مخزن قطرات آب ته نشین می شوند.

این روش می تواند با کمک پنل های خورشیدی 30 تا 50 واتی کار کند و مصرف انرژی پایین تری نسبت به روش های دیگر دارد.

نقاط قوت و کاربردهای روش های تولید آب از هوا

مزیت های روش های تولید آب از هوا شامل موارد زیر می باشند:

•    کاهش مصرف انرژی در تصفیه آب های شور
•    استفاده از رطوبت هوای مناطق شرجی
•    خود کفا کردن گلخانه ها در مصرف آب

موارد استفاده از روش های تبدیل هوا به آب در زیر آمده است:

1- تبدیل رطوبت موجود در هوا به آب و تامین آب مصرفی گلخانه ها
2- تامین آب به کمک انرژی خورشیدی
3- گلخانه ها
4- تامین آب مصرف خوردوهای سوخت فسیلی

برای دریافت فرصت مشاوره رایگان برای خرید و اطلاع از قیمت دستگاه های تصفیه آب صنعتی می توانید از طریق شماره های سایت با کارشناسان تصفیه آب آبین در ارتباط باشید و با دریافت مشاوره محصول مناسب را خریداری کنید.