Ультразвук для добычи воды из воздуха: революционный метод

Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали инновационную ультразвуковую систему, способную значительно ускорить процесс извлечения воды из атмосферы. Устройство, продемонстрированное в двух прототипах, позволяет получать собранную воду за считанные минуты, в отличие от часов, требуемых традиционными методами.

Идея состоит в использовании влаги, присутствующей в воздухе, даже в условиях пустыни. Специальные губчатые материалы, разработанные для атмосферного сбора воды (AWH), поглощают влагу из воздуха. Однако до недавнего времени основным методом извлечения этой воды было нагревание, что занимало много времени и энергии.

Новый подход MIT заключается в использовании ультразвуковых волн. Устройство излучает высокочастотные вибрации, которые резонируют с молекулами воды, удерживаемыми в материале-сорбенте. Эти вибрации эффективно «вытряхивают» воду, заставляя ее конденсироваться в капли. Исследователи обнаружили, что такой метод позволяет получить воду в десятки раз быстрее, чем тепловые методы.

Хотя ультразвуковая система требует источника питания, команда MIT предполагает, что ее можно интегрировать с небольшими солнечными элементами. Эти элементы могут не только обеспечивать энергию, но и служить датчиками, сигнализирующими о насыщении сорбента влагой. Система может быть запрограммирована на автоматическое включение, позволяя многократно повторять циклы сбора и извлечения воды в течение одного дня.

«Существует огромный потенциал в сборе воды из атмосферы, особенно для засушливых регионов и мест, где даже соленая вода недоступна для опреснения, — отмечает Светлана Борискина, ведущий научный сотрудник MIT. — Теперь у нас есть быстрый и эффективный способ извлечения воды».

Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, описывает, как ультразвук, работающий на частотах выше 20 килогерц, способен разрушать слабые связи между молекулами воды и поверхностью материала-сорбента. «Это похоже на танец воды с волнами, который создает целенаправленное возмущение, высвобождающее молекулы воды в виде капель», — объясняет один из авторов, Икра Ифтехар Шуво.

Команда разработала специальный ультразвуковой привод. Его центральным элементом является керамическое кольцо, вибрирующее под воздействием электрического напряжения. Вокруг него расположены сопла, через которые собранная вода попадает в специальные емкости. Эксперименты показали, что система способна полностью высушить насыщенные образцы материала всего за несколько минут.

По оценкам исследователей, ультразвуковой метод на 45% эффективнее извлекает воду из того же материала по сравнению с использованием солнечного тепла. Эта технология может быть легко интегрирована с различными сорбентными материалами, открывая путь к созданию компактных бытовых систем для добычи питьевой воды.