Металлоорганический каркас и солнце помогут выжить в пустыне

Massachusetts Institute of Technology

Инженеры из Массачусетского технологического института предложили новое устройство для «вытягивания» воды из воздуха. В его основе лежит специально разработанный пористый металлоорганический каркас, оно работает при низкой влажности и не требует никаких дополнительных источников энергии, кроме солнечной. Результаты опубликованы в журнале Science.

По данным на 2016 год, две трети населения Земли страдает от нехватки питьевой воды, многие регионы подвержены сезонным засухам. В атмосфере же, по некоторым оценкам, содержится до 13 тысяч кубометров пресной воды, и они могут быть использованы. Недостатки созданных до сих пор систем конденсации воды из воздуха состоят в том, что те требуют либо высокой влажности, либо высоких энергозатрат.

Группа инженеров поставила задачу разработать такое устройство, которое добывало бы воду при относительной влажности 20 процентов, как в самых засушливых регионах планеты, и работало бы исключительно на солнечной энергии. Решение проблемы стало возможным, когда ученым пришла в голову идея использовать металлоорганические каркасы — соединения, которые состоят из металлов и органических лигандов. Они обладают очень высокой пористостью и способны впитать воду из воздуха широкого диапазона влажности, а кроме того, их легко модифицировать на молекулярном уровне, добиваясь необходимых свойств, — а потому идеально подходят для поставленной задачи.

Основным элементом разработанной системы является килограмм кристаллов металлоорганического каркаса, MOF-801, спрессованный в тонкий (до пяти миллиметров) лист пористого металла. Лист располагается между абсорбером, поглощающим солнечное излучение, и пластиной конденсатора. Механизм помещается в камеру. Чтобы добыть воду, необходимо открыть камеру для впитывания влаги из воздуха, а затем закрыть ее для высвобождения воды, которое запускается под воздействием солнечного тепла, поглощаемого абсорбером. Конденсатор охлаждает пар до температуры насыщения, превращая его в воду.

В лабораторных условиях устройство небольшого размера производило по 250 миллилитров воды за каждый цикл, при относительной влажности 20 процентов. Авторы утверждают, что устройство за сутки способно собрать до трех литров воды на один килограмм металлоорганического каркаса при относительной влажности 20 процентов. После серии лабораторных тестов, устройство было протестировано в естественных условиях, где его работа подтвердилась.


В своей работе авторы заявляют, что MOF-801 хорошо агрегирует воду, он исключительно стабилен, и, кроме того, его составляющие широко доступны и недороги. Впрочем, ученые собираются продолжить разработки подходящей металлоорганической конструкции, которая могла бы захватывать еще больше воды, и иметь при этом меньшую стоимость.

Анна Зинина

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.