淡水不足は、主に乾燥地帯や僻地、淡水源のない島や沿岸地域で、世界の20億人以上の人々に影響を与えています。気候変動と人口増加は問題を悪化させるだけであり、既存の方法ではエネルギー（通常は電気）の投入が必要です。

再生可能エネルギーはこの問題を解決することができ、これらの地域では大気から抽出した水を飲料水や灌漑に使用するために必要とされています。(大気中には約 13 兆トンの水を保持していると推定されており、これは地球上の河川の淡水の 6 倍です。地球温暖化により、理論的には摂氏 1 度あたり 7% 多くの水蒸気が空気に保持されるようになります。)

現在、サウジアラビアと中国のエンジニアと科学者は、太陽エネルギー純粋に受動的な方法で、メンテナンスや人間のオペレーターを必要とせず、1 平方メートルあたり 1 日あたり 3 リットル (0.8 ガロン) もの水を空気から抽出します。研究というのは、出版された日記でネイチャーコミュニケーションズ。

このシステムは、集めた水を使用してテストされ、2 つの季節にキャベツを栽培することに成功しました。サウジアラビア、トゥワル。

「私たちは、この技術を導入して空気から水を生成し、地球上の水の需要を補うことを目指しています。持続可能な農業中東における安全な食料生産には必要だ」と共著者である華南理工大学のユー・ハン氏は述べた。

既存の太陽光発電による大気水抽出（SAWE）システムは、通常、空気からの水蒸気の吸収に依存しています。吸収材が飽和状態に達すると、システムが密閉されて太陽光にさらされ、捕らえられた水の放出が始まります。これらは、霧や露の収集などの受動的大気水技術を改良したものであり、気候上の制約がある他の地域や場所でも利用できるようになります。

しかし、このような SAWE システムでは、吸収と放出のサイクルが 1 日に 1 回しか許可されず、夜間に湿気を捕捉し、日中に脱着するため、ゆっくりとした吸収段階により抽出できる水の量が制限されます。

また、ナノマテリアルの吸収にコストがかかり、プロトタイプのスケールアップが課題であるため、その広範な採用は制限されています。その一方で、サイクルの切り替えには、故障しやすいアクティブなシステムか、可動部品を使用した労働集約的な操作が必要であり、システムが複雑でエネルギー集約的になります。

受動的で効率的で拡張が容易で労働力が最小限のシステムを設計するために、このグループは物質輸送ブリッジと呼ばれる複数の垂直マイクロチャネルの構造を使用しました。容器に入ったチューブには、液体吸収剤として機能する液体食塩水が満たされています。彼らは塩化リチウムを使用しました。

状況に応じて、温度分布、周囲温度領域では、環境にさらされ、継続的に大気中の水を捕捉し、容器に保管します。太陽光を受けると吸収体が光を熱に変換し、高温域で濃縮水蒸気を発生します。

水蒸気がチャンバーの壁で凝縮し、淡水が生成されます。吸収器の容器からより多く捕捉された水は、途切れることなく高温領域に移動します。

同時に、高温領域の濃縮液体は、拡散（高濃度領域から低濃度領域への分子の移動）と対流（分子の移動）によって周囲温度領域に戻されます。より熱く、より密度の低い溶液を、より冷たくて密度の高い領域に通すことで、継続的な捕捉が可能になります。水蒸気太陽の光がある限り。

このシステムを実装するために、チームはガラス繊維膜上に部分的に酸化されたカーボンナノチューブから太陽光吸収体を作成しました。カーボン ナノチューブの黒色と光を閉じ込める微細構造により、濡れた状態では太陽光の約 96% が吸収されます。彼らは、蒸気発生ゾーンと大気水捕捉ゾーンの最適な高さはそれぞれ 3 cm と 5 cm であることを発見しました。

8 日間の生産期間にわたってこの設定をテストするために、太陽に相当する照明を 8 時間使用し、その後 16 時間暗闇を使用しました。彼らは、相対湿度が 60% から 90% に上昇すると、水生成速度が 1 時間あたり平方メートルあたり約 0.04 キログラムから約 0.65 キログラムに増加することを発見しました。

サウジアラビアの現場での実際のテストとして、蒸着面積はプロトタイプの 36 倍である 13.5 cm x 24 cm に増加しました。この構成では、受け取る太陽エネルギーと相対湿度によって異なりますが、1 平方メートルあたり 1 日あたり 2.9 リットルが生成されます。

この量は大気水プロジェクトの 4 倍に相当します2021年からSAWE の 27 倍2017年から。

パプアニューギニアでの実験では、これが1日当たり1平方メートル当たり4.6リットルに増加した。共著者であるサウジアラビアのキング・アブドラ科学技術大学のQiaoqiang Gan氏は、「驚くべきことに、採取した水はアブラナ科ハクサイのオ​​フグリッド灌漑にうまく利用され、メンテナンスフリーの園芸の可能性を示している」と述べた。液体の水源にアクセスできない地域では。」

© 2024 サイエンス X ネットワーク