Проблема недостатка чистой питьевой воды становится одной из самых острых глобальных задач современности. Миллиарды людей по всему миру ежедневно сталкиваются с трудностями доступа к качественной воде, особенно в засушливых и пустынных регионах. По данным экспертов, более 2,2 миллиарда человек живут без безопасной питьевой воды, и даже в таких развитых странах, как США, миллионы жителей страдают от водной нестабильности. В этих условиях ученые и инженеры ищут нетрадиционные источники влаги, способные обеспечить население водой даже в самых суровых климатических условиях. Новаторские решения приходят из Массачусетского технологического института (MIT), где была разработана уникальная водозаборная установка, оформленная в виде панели размером с окно, способная извлекать воду из воздуха даже в пустыне Смерти — одном из самых сухих мест Северной Америки.
Этот прибор, созданный командой инженеров MIT, представляет собой самодостаточное устройство, которое не нуждается в электричестве, батареях или солнечных панелях. В его основе лежит гидрогель — мягкий, пористый материал, специально разработанный для эффективного поглощения влаги из атмосферы. Интересно, что гидрогель имеет пузырьковую структуру с маленькими куполообразными выступами, которые похожи на пузырчатую пленку. Эти миниатюрные купола способны расширяться, засасывая водяной пар, и затем сжиматься в процессе выпуска собранной жидкости, напоминая механизм оригами. Сам прибор заключён в стеклянную камеру, внешняя поверхность которой покрыта специальным полимером для охлаждения.
Вечером, когда температура воздуха снижается, гидрогель начинает впитывать влагу из атмосферы, а утром благодаря солнечному теплу вода испаряется из геля и конденсируется на внутренней поверхности стекла. Оттуда собранная вода стекает по трубкам в резервуар и становится пригодной для питья. Уникальность этой технологии в том, что она универсальна и способна производить воду при низкой влажности воздуха, достигающей всего около 21% — уровню, который характерен для экстремально сухих регионов, таких как пустыня. Команда MIT провела испытания устройства в экстремальных условиях пустыни Смерти, где даже при низкой влажности прибор способен собирать до 160 миллилитров питьевой воды в сутки. Несмотря на сравнительно небольшой объём, несколько таких панелей могут устанавливаться в ряд, чтобы обеспечить целую семью необходимым количеством воды.
При более влажных климатических условиях, например в умеренных или тропических регионах, устройство способно увеличивать производительность, что делает его адаптивным и многообещающим решением для разнообразных условий. Большое внимание разработчики уделили обеспечению качества собранной воды. Ранее существовавшие технологии на основе гидрогелей часто имели проблему с попаданием в воду растворённых солей, что требовало дополнительной очистки. В новом дизайне MIT инженеры добавили в гидрогель глицерин — вещество, которое стабилизирует соль и препятствует её выходу из материала. Это позволило получать воду, которая соответствует стандартам безопасности и пригодна для питья без дополнительной обработки.
Технология опирается на усовершенствованный микроструктурный дизайн гидрогеля, отсутствующий в других разработках, который исключает появление наноразмерных пор, снижающих качество воды. Благодаря этому была достигнута высокая эффективность сбора влаги, позволяющая конкурировать и превосходить по производительности многие активные системы, использующие электричество или солнечную энергию. Создатели водозаборного аппарата планируют расширять испытания и наладить производство этих панелей в регионах с ограниченным доступом к энергоресурсам и питьевой воде. Инженер Xuanhe Zhao, руководящий проектом, выразил надежду на масштабирование технологии и интеграцию устройства в сельские и отдалённые общины, где даже базовая инфраструктура электроснабжения отсутствует. По его словам, компактные вертикальные панели можно устанавливать плотными рядами, что значительно уменьшит площадь для размещения и увеличит объём получаемой воды.
Помимо практической стороны, данное изобретение представляет собой пример успешного внедрения биоматериалов и современных инженерных решений в решение насущных проблем человечества. Гидрогели, долгое время используемые в медицинской области и гибкой электронике, на данном этапе демонстрируют новое направление применения — экологически безопасный сбор воды из воздуха. Эффективность водозаборного устройства напрямую зависит от уровня влажности и климатических условий, однако гибкость и автономность системы делают её привлекательной для использования практически в любых географических точках. Отсутствие необходимости в подведении энергии или сложном техническом обслуживании открывает перспективы для быстрого внедрения в условиях ресурсного дефицита. Перспективы развития проекта включают создание многопанельных систем, куда каждая панель сможет работать синхронно, увеличивая общий объём добываемой воды.
Также рассматривается оптимизация состава гидрогеля с целью ещё большей поглощающей способности и долговечности материала. Ученые активно работают над новыми материалами и формами, используя методики микро- и нанотехнологий. Этот инновационный проект уже привлёк внимание как научного сообщества, так и потенциальных инвесторов, поскольку технология может стать прорывом в борьбе с глобальной водной кризисом. В современных вызовах, связанных с изменением климата, ростом населения и обезвоживанием почв, такие разработки – важный шаг к устойчивой жизнедеятельности человечества. В мире, где каждый день миллионы людей испытывают дефицит доступа к чистой воде, возможность извлекать пресную воду из сухого воздуха без затрат электроэнергии или сложных установок может стать спасением для многих.
MIT демонстрирует, как пересечение науки, инженерии и творчества может открыть новые горизонты в обеспечении основных потребностей человека, сохраняя природные ресурсы и улучшая качество жизни во всем мире.
