Ученые изобрели способ добывать чистую воду из воздуха

В таких странах, как Перу, Боливия и Чили, жители туманных районов нередко вывешивают сетки для улавливания капель воды. То же самое можно сказать о Марокко и Омане.

Капли стекают по сетке и собираются для получения воды для питья, приготовления пищи и стирки. С помощью противотуманной сетки площадью всего несколько квадратных метров можно собирать до нескольких сотен литров воды в день. Для регионов с малым количеством дождевой или родниковой воды, где туман — обычное явление, это может стать благом.

Однако одним из существенных недостатков этого метода является загрязнение атмосферы, поскольку в капли воды попадают и вредные вещества. Во многих крупных городах мира воздух настолько загрязнен, что вода, собранная из тумана, недостаточно чиста, чтобы использовать ее без очистки для питья или приготовления пищи.

Исследователи из ETH Zurich разработали метод, позволяющий собирать воду из тумана и одновременно очищать ее. Для этого используется плотная решетка из металлической проволоки, покрытой смесью специально подобранных полимеров и диоксида титана. Полимеры обеспечивают эффективный сбор капель воды на сетке и их быстрое стекание в контейнер, прежде чем они будут сдуты ветром. Диоксид титана выступает в качестве химического катализатора, расщепляя молекулы многих органических загрязнителей, содержащихся в каплях, и делая их безвредными.

Наша система не только собирает туман, но и очищает собранную воду, что позволяет использовать ее в районах с атмосферным загрязнением, например, в густонаселенных городских центрах, — поясняет Ритвик Гош.

Ученый из Института Макса Планка по исследованию полимеров в Майнце, Гхош выполнял этот проект во время длительной стажировки в ETH Zurich. В это время он был членом группы под руководством Томаса Шутциуса, который в настоящее время занимает должность профессора в Калифорнийском университете в Беркли.

Фотокаталитическая память

После установки технология практически не нуждается в обслуживании. Более того, не требуется никакой энергии, кроме небольшой, но регулярной дозы ультрафиолета для регенерации катализатора. Достаточно получаса солнечного света, чтобы реактивировать оксид титана еще на 24 часа — благодаря свойству, известному как фотокаталитическая память. После реактивации ультрафиолетовым излучением катализатор также остается активным в течение длительного времени в темноте. В условиях, когда в районах, подверженных туманам, солнечный свет бывает редко, это очень полезное качество.

Новый туманоуловитель был испытан в лаборатории и на небольшой опытной установке в Цюрихе. Исследователи смогли собрать 8% воды, содержащейся в искусственно созданном тумане, и разложить 94% органических соединений, которые были добавлены в него. Среди добавленных загрязняющих веществ были чрезвычайно мелкие капли дизельного топлива и химическое вещество бисфенол А, являющееся гормонально активным агентом.

Потенциальное использование в градирнях

Помимо сбора питьевой воды из тумана, данная технология может быть использована для восстановления воды, используемой в градирнях.

В градирнях пар уходит в атмосферу. В США, где я живу, мы используем большое количество пресной воды для охлаждения электростанций, — говорит Шутциус.

Имеет смысл улавливать часть этой воды до ее выхода и обеспечивать ее чистоту на случай, если вы захотите вернуть ее в окружающую среду.

Предыдущие исследования Гхоша были посвящены регенерации воды из градирен. Теперь он хотел бы усовершенствовать эту технологию и найти ей применение на рынке. Он надеется более широко использовать туман и пар в качестве до сих пор недостаточно используемого источника воды и тем самым сыграть свою роль в решении проблемы нехватки этого жизненно важного ресурса.

Результаты опубликованы в издании Nature Sustainability.

17.08.2023