מכשיר ראשון מסוגו שואב מים מהאוויר הדליל

מהנדסי יוטה, במימון הצבא, פיתחו מכשיר הקוצר מים מהאטמוספרה, אפילו במקומות צחיחים.

חוקרים מאוניברסיטת יוטה חשפו מכשיר קומפקטי לקצירת מים באטמוספירה, המוציא ביעילות מים מהאוויר תוך שימוש בתהליך דלק, ומבטיח להקל על המחסור העולמי במים.

האטמוספירה של כדור הארץ מכילה כמות עצומה של מים, מספיק כדי למלא את אגם המלח הגדול של יוטה פי 800. הפקת חלק מהלחות הזו נחשבת לפתרון מבטיח לספק מי שתייה נקיים למיליארדי אנשים ברחבי העולם המתמודדים עם מחסור כרוני.

הטכנולוגיות הקיימות לקצירת מים באטמוספירה (AWH) טומנות בחובן חסרונות רבים הקשורים לגודל, עלות ויעילות. עם זאת, מחקר חדש של חוקרי הנדסה של אוניברסיטת יוטה העלה תובנות שיכולות לשפר את היעילות ולקרב את העולם צעד אחד יותר לטפח באוויר כמקור מים קולינרי במקומות צחיחים.

המחקר חושף את מכשיר ה-AWH הקומפקטי הראשון מסוגו לרכיבה מהירה בדלק. אב-טיפוס דו-שלבי זה מסתמך על חומרים סופחים השואבים מולקולות מים מתוך אוויר לא לח, ולאחר מכן מחיל חום כדי לשחרר את המולקולות הללו לצורה נוזלית, על פי Sameer Rao, מחבר בכיר של המחקר שפורסם בכתב העת דוחות תאים מדע פיזיקלי ועוזר פרופסור להנדסת מכונות.

"לחומרים היגרוסקופיים יש זיקה למים. הם סופגים מים בכל מקום שאתה הולך. אחת הדוגמאות הטובות ביותר היא החומר שבתוך החיתולים", אמר ראו, שהוא במקרה אב לבן תינוק. "אנחנו עובדים עם סוג מסוים של חומר היגרוסקופי שנקרא מסגרת מתכת אורגנית."

ראו השווה מסגרות מתכת-אורגניות לקוביות לגו, שניתן לארגן מחדש לבניית כל מיני מבנים. במקרה זה הם מסודרים ליצירת מולקולה אידיאלית להפרדת גזים.

"הם יכולים לעשות את זה ספציפי לספוח אדי מים מהאוויר ולא שום דבר אחר. הם באמת סלקטיביים, "אמר ראו. פותח עם הסטודנט לתואר שני נתן אורטיז, המחבר הראשי של המחקר, אב טיפוס זה משתמש בפומראט אלומיניום שעוצב ללוחות האוספים את המים כאשר האוויר נשאב דרכם.

"מולקולות המים עצמן נלכדות על משטחי החומר שלנו, וזה תהליך הפיך. וכך, במקום להיות מושרש בחומר עצמו, הוא יושב על הקירות", אמר אורטיז. "המיוחד בחומרים הספיגים האלה הוא שיש להם רק כמות עצומה של שטח פנים פנימי. יש כל כך הרבה אתרים שבהם מולקולות מים נתקעות".

רק גרם מהחומר הזה מחזיק שטח פנים כמו שני מגרשי כדורגל, לדברי ראו. אז רק מעט חומר יכול ללכוד הרבה מים.

פרטים טכנולוגיים ויישומים צבאיים

"כל שטח הפנים הזה הוא בקנה מידה מולקולרי," אמר ראו. "וזה מדהים עבורנו כי אנחנו רוצים ללכוד אדי מים על פני השטח הזה בתוך הנקבוביות של החומר הזה."

המימון למחקר הגיע מ-DEVCOM Soldier Center, תוכנית המנוהלת על ידי משרד ההגנה כדי להקל על העברת טכנולוגיה התומכת במודרניזציה של הצבא. העניין של הצבא בפרויקט נובע מהצורך לשמור על לחות חיילים תוך כדי פעילות באזורים מרוחקים עם מעט מקורות מים.

"בדקנו את זה במיוחד עבור יישומי הגנה, כך שלחיילים יש יחידת ייצור מים קומפקטית קטנה ולא יצטרכו לסחוב מזנון גדול מלא במים", אמר ראו. "זה ממש ייצר מים לפי דרישה."

ראו ואורטיז הגישו בקשה לפטנט ראשוני המבוסס על הטכנולוגיה, שנותן מענה גם לצרכים שאינם צבאיים.

"בזמן שתכננו את המערכת, אני חושב שהייתה לנו גם פרספקטיבה של בעיית המים הרחבה יותר. זה לא רק נושא ביטחוני, זה מאוד נושא אזרחי", אמר ראו. "אנחנו חושבים במונחים של צריכת מים של משק בית למי שתייה ליום. זה בערך 15 עד 20 ליטר ליום".

בהוכחת הרעיון הזה, האב הטיפוס השיג את יעדו לייצר 5 ליטר מים ליום לכל קילוגרם של חומר סופח. בתוך שלושה ימים בשטח, המכשיר הזה יצליח להתעלות על מי אריזה, לפי אורטיז.

בשלב השני של המכשיר, המים מושקעים לנוזל על ידי הפעלת חום באמצעות תנור קמפינג סטנדרטי של הצבא. זה עובד בגלל האופי האקזותרמי של תהליך איסוף המים שלו.

"כשהוא אוסף מים, הוא משחרר פיסות קטנות של חום. ואז כדי להפוך את זה, אנחנו מוסיפים חום, "אמר אורטיז. "פשוט שמנו להבה ממש מתחת כאן, כל דבר כדי להעלות את הטמפרטורה הזו. ואז כשאנחנו מעלים את הטמפרטורה, אנחנו משחררים במהירות את מולקולות המים. ברגע שיש לנו זרם אוויר לח באמת, זה הופך את העיבוי בטמפרטורת הסביבה להרבה יותר קל".

טכנולוגיות מתהווה בשפע לקצירת מים באטמוספירה, שמתבצעת בקלות רבה יותר כאשר האוויר לח, אך אף אחת מהן לא הביאה לציוד שניתן להשתמש בו באופן מעשי בסביבות צחיחות. אורטיז מאמין שהמכשיר שלו יכול להיות הראשון, בעיקר בגלל שהוא מופעל בדלק עתיר אנרגיה כמו הבנזין הלבן המשמש בתנורים מחנאות.

הצוות החליט שלא להשתמש בפוטו-וולטאים.

"אם אתה מסתמך על פאנלים סולאריים, אתה מוגבל לעבודה בשעות היום או שאתה צריך סוללות, שזה פשוט יותר משקל. אתה ממשיך לערום אתגרים. זה פשוט תופס כל כך הרבה מקום", אמר אורטיז. "טכנולוגיה זו עדיפה בתנאים צחיחים, בעוד שהקירור הוא הטוב ביותר בלחות גבוהה."

המחקר מומן על ידי מעבדת המחקר של צבא DEVCOM והקרן הלאומית למדע של ארה"ב.