Odzyskiwanie wody z wilgoci w atmosferze stanowi perspektywiczne rozwiązanie, umożliwiające zapewnienie zdecentralizowanego dostępu do wody pitnej, również na obszarach pozbawionych jakichkolwiek akwenów lub objętych suszą. Stosowane są różne sposoby, obejmujące wychwyt wilgoci zawartej w mgle poprzez sieci, skraplanie w temperaturze poniżej punktu rosy i adsorpcja.
Technologia adsorpcji opiera się na wykorzystaniu nanostrukturalnych, hydrofilowych materiałów porowatych i wyróżnia się potencjałem do zastosowania również w rejonach suchych, gdzie wilgotność powietrza nie jest duża. Wilgoć z powietrza gromadzona jest aż do nasycenia adsorbentu, a następnie pod wpływem ciepła ulega odparowaniu i kondensacji w celu wychwytu. Mankamentem dostępnym rozwiązań tego typu jest zapotrzebowanie na energię cieplną. Jak wyjaśnia Svetlana Boriskina z Departamentu Inżynierii Mechanicznej MIT (Massachusetts Institute of Technology), materiały będące dobrymi adsorbentami niełatwo oddają wodę. Wymaga to energii i/lub czasu.
Zespół pod kierownictwem Boryskiny opracował elektro-mechaniczne urządzenie, zwiększające wydajność wychwytu wody z adsorbentu w postaci hydrożelu PAM-LiCl (z poliakrylamidu i chlorku litu). Do jego budowy wykorzystano piezoelektryczny aktuator w postaci ceramicznego, powlekanego srebrem pierścienia z cyrkoniano-tytanianu ołowiu, służący do generowania i transmitowania fali ciśnieniowej oraz wprawiania w drgania membrany ze stalowej struktury sieciowej typu lattice. Oscylacji membrany o częstotliwości ultradźwiękowej towarzyszy wydzielanie ciepła Joule’a, co powoduje wyrzucanie kropelek wody z adsorbentu. Proces jest nawet 45x wydajniejszy niż w przypadku konwencjonalnych metod desorpcji.
Ekstrapolacja wyników uzyskanych z doświadczeń na miniaturowych demonstratorach pozwala przypuszczać, że przy pomocy urządzenia tego typu, z powierzchnią roboczą 1 m2, możliwe byłoby otrzymanie 3,25 l wody dziennie, przy zapotrzebowaniu na energię wynoszącym 0.576 MJ/kg. Konfiguracja urządzenia zakłada zasilanie urządzenia ogniwem fotowoltaicznym i nie jest ograniczona do konkretnego rodzaju adsorbentu. Dzięki temu opracowana metoda może posłużyć za podstawę budowy nowej klasy urządzeń, zapewniających dostęp do wody w rejonach pozbawionych infrastruktury.
news.mit.edu
Shuvo, I.I., Díaz-Marín, C.D., Christen, M. et al.: High-efficiency atmospheric water harvesting enabled by ultrasonic extraction. Nat Commun 16, 9947, 2025
