تحقیقات جدید مهندسان برای برای تولید ژاکت برداشت آب از هوا

به گزارش مجله خبری نگار، تولید روزانه ۴۰۰ تا ۹۰۰ میلی‌لیتر آب آشامیدنی از رطوبت هوا.

استفاده از هیدروژل گیاهی و لیتیوم کلرید برای جذب سریع رطوبت.

قابلیت استفاده در لباس، کوله‌پشتی، چادر و پناهگاه‌های اضطراری.

مهندسان موفق به توسعه یک ژاکت برداشت آب از هوا شده‌اند که می‌تواند هنگام حرکت کاربر، رطوبت موجود در هوا را جذب کرده و به آب آشامیدنی تبدیل کند. این فناوری جدید که توسط پژوهشگران University of Texas at Austin (UT Austin) توسعه یافته است، رویکرد سنتی برداشت آب از هوا را متحول می‌کند و امکان دسترسی شخصی و قابل حمل به آب را فراهم می‌سازد.

برخلاف سامانه‌های رایج که به‌صورت جعبه‌ها، پنل‌ها یا تجهیزات ثابت روی پشت‌بام‌ها و فضا‌های باز نصب می‌شوند، این فناوری مستقیماً در لباس ادغام شده است. کافی است آن را بپوشید تا فرآیند جمع‌آوری رطوبت آغاز شود.

فناوری ژاکت برداشت آب از هوا چگونه شکل گرفت؟

پشت این پروژه، تیمی از مهندسان دانشگاه تگزاس آستین قرار دارد. پارچه این ژاکت هنگام حرکت فرد، رطوبت هوا را جذب می‌کند؛ قابلیتی که پیش‌تر به دستگاه‌های مستقل و بزرگ نیاز داشت.

Guihua Yu، استاد برجسته مهندسی مکانیک در UT Austin و رهبر این پروژه، سال‌ها روی چالش برداشت آب از هوا کار کرده است. او و تیمش تصمیم گرفتند به جای استفاده از سامانه‌های ثابت، منبع آبی طراحی کنند که همراه انسان حرکت کند.

Yu در این باره گفت:

«این فناوری مسیر جدیدی برای دسترسی شخصی و قابل حمل به آب ایجاد می‌کند.»

چرا افزایش مقیاس همیشه مشکل‌ساز بوده است؟

سال‌هاست که پژوهشگران با یک مشکل اساسی مواجه هستند. نمونه‌های کوچک مواد جذب‌کننده رطوبت عملکرد بسیار خوبی دارند، اما زمانی که ابعاد آنها برای استفاده عملی بزرگ‌تر می‌شود، بازدهی به‌شدت کاهش می‌یابد.

دلیل این موضوع ساده است:

لایه بیرونی ماده بخار آب را جذب می‌کند.

انتقال رطوبت به بخش‌های داخلی دشوار می‌شود.

افزایش اندازه ماده الزاماً باعث افزایش متناسب میزان آب تولیدی نمی‌شود.

گروه‌های تحقیقاتی مختلف تلاش کرده‌اند با استفاده از الیاف جذب‌کننده رطوبت در پارچه‌ها این مشکل را حل کنند، اما دستیابی به عملکرد مطلوب در مقیاس واقعی همچنان یک مانع بزرگ بوده است.

بازطراحی الیاف برای افزایش جذب آب

مشکل الیاف سنتی

در الیاف رایج، یک پوسته نسبتاً بسته هسته داخلی را احاطه می‌کند. این ساختار باعث کند شدن جذب بخار آب و انتقال آن به داخل الیاف می‌شود.

راهکار جدید پژوهشگران

تیم Yu ساختار الیاف را بازطراحی کرد. در طراحی جدید:

پوسته بیرونی بازتر شده است.

کانال‌های شاخه‌ای درون الیاف ایجاد شده‌اند.

آب سریع‌تر به داخل ساختار منتقل می‌شود.

نتایج آزمایش‌ها نشان داد بهترین الیاف توسعه‌یافته توانستند ظرف حدود ۲۰ دقیقه بیش از وزن خود آب جذب کنند.

نقش هیدروژل و لیتیوم کلرید

در قلب این فناوری یک هیدروژل نرم قرار دارد که توانایی جذب بالای آب را دارد. این هیدروژل از مواد گیاهی ساخته شده و با نمک لیتیوم کلرید ترکیب شده است. لیتیوم کلرید به‌طور طبیعی رطوبت هوا را جذب می‌کند.

به گفته پژوهشگران، مهم‌ترین دستاورد این طراحی افزایش سرعت انتقال آب درون پارچه بوده است.

حفظ عملکرد در ابعاد واقعی

یکی از مهم‌ترین موفقیت‌های این پروژه، حفظ کارایی در ابعاد بزرگ‌تر بود؛ همان نقطه‌ای که بسیاری از فناوری‌های قبلی شکست خورده بودند.

نمونه‌ای از پارچه با ابعاد حدود ۲۰ سانتی‌متر در ۲۰ سانتی‌متر توانست حدود ۷۵ درصد توان جذب نمونه‌ای در اندازه یک ناخن را حفظ کند.

این عملکرد در مقایسه با مواد مشابه در همان مقیاس، بین ۳ تا ۱۰ برابر بهتر گزارش شده است. همچنین تولید این الیاف با تجهیزات استاندارد صنعتی امکان‌پذیر است.

ژاکت برداشت آب از هوا چگونه کار می‌کند؟

واحد‌های جمع‌آوری رطوبت

روی ژاکت چهار واحد جذب رطوبت نصب شده است:

دو پنل بزرگ

دو پنل کوچک

قرارگیری در بخش جلو و پشت لباس

تبدیل رطوبت به آب آشامیدنی

پس از اشباع شدن هر واحد از رطوبت:

واحد از ژاکت جدا می‌شود.

داخل یک محفظه جمع‌کننده تاشو قرار می‌گیرد.

یک گرم‌کن کوچک باعث آزاد شدن بخار آب ذخیره‌شده می‌شود.

بخار سرد شده و به مایع تبدیل می‌شود.

آب در یک کانال جمع‌آوری شده و به آب آشامیدنی تبدیل می‌شود.

این چرخه بر پایه جذب رطوبت و گرمایش دوره‌ای عمل می‌کند و به هیچ سیستم لوله‌کشی ثابت نیاز ندارد.

عملکرد ژاکت در شرایط واقعی

پژوهشگران آزمایش‌های میدانی را در شهر Austin و دو منطقه مختلف در چین انجام دادند. یکی از این مناطق مکانی خشک و دورافتاده بود که دسترسی مستقیمی به آب نداشت.

نتایج نشان داد این ژاکت بسته به میزان رطوبت هوا می‌تواند روزانه بین:

۴۰۰ میلی‌لیتر آب

۹۰۰ میلی‌لیتر آب

تولید کند؛ معادل تقریباً یک تا دو بطری آب آشامیدنی که مستقیماً از هوا استخراج شده‌اند.

کیفیت آب تولیدی

آب به‌دست‌آمده کیفیت مناسبی داشت. تنها مقادیر بسیار ناچیزی از لیتیوم باقی‌مانده در آن مشاهده شد و کیفیت نهایی با استاندارد‌های سازمان جهانی بهداشت (WHO) برای آب آشامیدنی مطابقت داشت.

به گفته پژوهشگران، این آب را می‌توان مستقیماً مصرف کرد.

کاربرد‌های فراتر از یک ژاکت

پژوهشگران معتقدند این فناوری تنها به لباس محدود نخواهد شد. همین پارچه می‌تواند در تجهیزات مختلف مورد استفاده قرار گیرد:

کوله‌پشتی‌ها

چادر‌ها

پناهگاه‌های اضطراری

تجهیزات امدادی

در این صورت، تجهیزات روزمره می‌توانند به منابع مکمل تأمین آب تبدیل شوند.

پژوهش‌های مکمل

این پروژه بخشی از تلاش گسترده‌تر همین آزمایشگاه است. در مطالعه‌ای دیگر، دستگاهی توسعه یافت که توانست در بیابان‌های New Mexico و مناطق مرطوب Texas بیش از یک کوارت، معادل حدود یک لیتر آب پاک در روز تولید کند.

این نتایج نشان می‌دهد فناوری برداشت آب از هوا می‌تواند در خشک‌ترین و کم‌آب‌ترین مناطق جهان، جایی که ساخت زیرساخت‌های آبرسانی دشوار است، بیشترین تأثیر را داشته باشد.

اهمیت این فناوری برای مقابله با کمبود آب

این پژوهش نشان می‌دهد که مواد جذب‌کننده رطوبت را می‌توان در پارچه‌های تنفس‌پذیر و پوشیدنی ادغام کرد و همچنان در مقیاس واقعی لباس آب آشامیدنی تولید نمود.

این دستاورد می‌تواند نگاه مهندسان را از ساخت بلوک‌های بزرگ جذب‌کننده آب به سمت ادغام فناوری در تجهیزات روزمره تغییر دهد.

بر اساس برخی برآوردها، نزدیک به دو سوم جمعیت جهان در بخشی از سال با کمبود آب مواجه هستند. به همین دلیل فناوری‌های پوشیدنی تولید آب می‌توانند در آینده نقش مهمی در افزایش دسترسی به منابع آب ایفا کنند.

البته این فناوری هنوز یک محصول تجاری نهایی نیست و در مرحله نمونه اولیه قرار دارد.

سوالات متداول

ژاکت برداشت آب از هوا روزانه چقدر آب تولید می‌کند؟

بسته به میزان رطوبت محیط، بین ۴۰۰ تا ۹۰۰ میلی‌لیتر آب آشامیدنی در روز تولید می‌کند.

آیا آب تولیدشده قابل نوشیدن است؟

بله. نتایج آزمایش‌ها نشان داده آب تولیدی استاندارد‌های سازمان جهانی بهداشت برای آب آشامیدنی را رعایت می‌کند.

این فناوری به برق نیاز دارد؟

برای مرحله آزادسازی بخار آب از یک گرم‌کن کوچک استفاده می‌شود، اما سیستم به زیرساخت ثابت لوله‌کشی نیاز ندارد.

مواد اصلی این فناوری چیست؟

هیدروژل گیاهی و نمک لیتیوم کلرید مهم‌ترین اجزای جذب رطوبت هستند.

آیا این فناوری تجاری شده است؟

خیر. در حال حاضر در مرحله پژوهشی و نمونه اولیه قرار دارد.

جمع‌بندی

ژاکت برداشت آب از هوا نشان می‌دهد که تولید آب آشامیدنی از رطوبت هوا می‌تواند از تجهیزات ثابت فراتر رفته و به بخشی از پوشش و تجهیزات روزمره انسان تبدیل شود. این فناوری هنوز در مراحل اولیه قرار دارد، اما نتایج آن چشم‌انداز امیدوارکننده‌ای برای مقابله با کمبود آب در مناطق خشک و دورافتاده ارائه می‌دهد. 

منبع:فوت و فن