Новая губка выжимает воду даже из сухого воздуха

Команда ученых Кильского университета (Германия) и их партнеров усовершенствовала пористый материал CAU-10-H, способный извлекать воду из воздуха при низкой влажности, а также приблизила его производство к промышленному масштабу.

Разработка относится к металлоорганическим каркасам (материалам из атомов металлов и органических молекул, образующих сеть микроскопических полостей). Из-за огромного числа внутренних пор они напоминают губку. Только вместо капель такая структура захватывает отдельные молекулы воды, рассеянные в воздухе.

Как материал собирает воду из воздуха

CAU-10-H поглощает влагу при обычной температуре, даже когда воздух остается довольно сухим. Затем материал нагревают, и накопленная вода покидает поры в виде пара. Его можно охладить и превратить в жидкость, а освободившийся материал снова отправить на следующий цикл.

Главной проблемой подобных систем остается скорость. Если тепло поступает только снаружи, внутренние слои прогреваются медленно, а полный цикл растягивается. Исследователи нанесли пористый материал на проводящую углеродную основу. Она одновременно пропускает воздух и распределяет тепло внутри всей конструкции.

Такой композит, материал из нескольких компонентов, можно нагревать электрическим током или солнечным светом. Влага высвобождается быстрее, поэтому за сутки система успевает повторить больше циклов. По расчетам авторов, килограмм материала в непрерывном режиме способен собирать из сухого воздуха около 1,8 л воды за день. В зависимости от условий производительность может меняться. Два исследования опубликованы в журналах Journal of Materials Chemistry A и Industrial & Engineering Chemistry Research.

Когда технология выйдет из лаборатории

Хороший результат в небольшом образце еще не означает, что материал удастся выпускать тоннами. Поэтому отдельная часть работы была посвящена масштабированию производства. Ученые изготовили опытную партию, значительно превышающую прежние лабораторные объемы, и показали, что синтез можно перенести на пилотную линию без потери основных свойств.

Подобные установки могут пригодиться в регионах с редкими дождями и ограниченным доступом к пресной воде. При этом готовой бытовой машины пока нет. Будущей системе понадобятся конденсатор, источник энергии, защита от загрязнений и контроль качества собранной воды.

У материала есть и второе применение. Поглощая и отдавая влагу, он переносит тепло, поэтому может работать в системах охлаждения. Для его восстановления потенциально подойдет лишнее тепло дата-центров, пекарен и промышленных предприятий. В результате одна и та же технология сможет не только добывать воду из воздуха, но и снижать энергозатраты на охлаждение.