Чистая вода и электроэнергия, необходимы людям повсеместно. К сожалению, миллионы людей во всём мире не имеют надёжного доступа к этим ресурсам. Но новая система может предоставить их работая где угодно, даже в отдаленных пустынях.
Пэн Ван — учёный-эколог, возглавил новое исследование на которое его вдохновило детство. Ван вырос в Западном Китае в доме без водопроводной воды, поэтому членам его семьи приходилось носить воду из деревенского колодца.
При этом результаты его нового исследования помогут принести воду и электроэнергию в регионы, подобные тому, в котором он вырос. Ван является частью команды, которая работает над повышением эффективности солнечных батарей.
Команда Вана использовала солнечные батареи, чтобы улавливать солнечные лучи и производить электричество, при этом они дополнительно сделали подложку из своего гидрогеля для каждой из солнечных панелей. Влага, собранная материалом подложки стекала в специальную металлическую камеру и могла быть использована как для охлаждения самих солнечных батарей, позволяя им вырабатывать больше энергии, так и для утоления жажды или полива урожая.
Ван и его коллеги тестировали систему под палящим солнцем в течение трёх месяцев. Каждый день устройство собирало в среднем 0,6 литра (2,5 стакана) воды на квадратный метр солнечной панели, при этом каждая солнечная панель была размером около 2 квадратных метров.
Таким образом, семье потребуется около двух таких солнечных панелей, чтобы минимально обеспечить потребность каждого члена семьи в питьевой воде.
По словам исследователей атмосфера Земли очень влажная, мировой воздух содержит «в шесть раз больше воды, чем все реки на Земле», что очень много. При этом многие способы доступа к этой воде требуют, чтобы воздух был очень влажным, другие работают на электричестве, но новая система не требует ни того, ни другого. Так же, как бумажное полотенце впитывает воду, новый гибридный гидрогель впитывает воду ночью, когда воздух более влажный и прохладный, и сохраняет её. Затем дневное солнце, питающее солнечные панели, также нагревает гидрогелевую подложку, что выталкивает хранящуюся в ней воду в сборную камеру.
Новая система может работать в одном из двух режимов. В первом режиме она использует собранную влагу для охлаждения солнечных батарей (охлаждённые панели могут эффективнее преобразовывать солнечный свет в электричество). Во втором режиме собранную воду можно использовать для питья и выращивания сельскохозяйственных культур, при этом открытие или закрытие водосборной камеры под каждой солнечной панелью определяет, как будет использована собранная вода.
Фото: dw.com
Режим охлаждения солнечной панели «похож на человеческое потоотделение, мы потеем, чтобы снизить температуру тела в жаркую погоду или во время физических упражнений», объясняет Ван. Точно так же вода, хранящаяся на обратной стороне солнечных панелей, может поглощать некоторое количество тепла при испарении. В этом режиме солнечные панели охлаждались до 17 градусов по Цельсию, что увеличило их выходную мощность на 10 процентов. Следовательно, при использовании новой системы в этом режиме, может потребоваться меньше солнечных панелей для удовлетворения потребности в электроэнергии.
В водосборном режиме водяной пар конденсируется из гибридного гидрогеля в виде капель, которые капают в водосборную камеру. Этот режим по-прежнему увеличивает мощность солнечных батарей, но совсем немного — примерно на 1,4...1,8 процента. Во время испытаний команда Вана использовала своё устройство для выращивания урожая шпината. Исследователи посадили 60 семян. Благодаря тени, создаваемой солнечными панелями от жаркого летнего солнца и ежедневному забору воды из воздуха почти все семена превратились в растения.
По словам учёных, не связанных с новым исследованием, новая система подаёт надежды, так как может позволить производить чистую воду где угодно.
В то же время этот тип системы лучше подходит для производства питьевой воды, чем для выращивания продуктов питания потому как в воздухе засушливых регионов очевидно не хватит воды для выращивания больших полей сельскохозяйственных культур. Тем не менее, важно создавать системы, которые используют доступные ресурсы — будь то извлечение воды из воздуха или использование избыточного тепла для выполнения полезной работы. И поскольку система увеличивает мощность обычной солнечной панели, её способность собирать воду для питья или выращивания сельскохозяйственных культур может быть лучше рассматривать как бонус, который можно использовать при необходимости. Сами исследователи также отмечают, что это изобретение всё ещё находится на ранних стадиях разработки. При этом они надеятся поработать с партнёрами над улучшением системы и сделать её доступной по всему миру.