Генератор атмосферной воды ( AWG ) представляет собой устройство , которое извлекает воду из влажного воздуха. Водяной пар из воздуха может быть извлечен путем конденсации - охлаждения воздуха ниже точки росы , воздействия на него влагопоглотителей или повышения давления в воздухе. В отличие от осушителя , AWG предназначен для обеспечения пригодности воды для питья . AWG полезны там, где трудно или невозможно получить чистую питьевую воду, потому что почти всегда в воздухе содержится небольшое количество воды, которую можно извлечь. Два основных используемых метода - это охлаждение и осушители .
Добыча атмосферной воды может потребовать значительных затрат энергии. Некоторые методы AWG полностью пассивны, зависят от естественной разницы температур и не требуют внешнего источника энергии. Исследования биомимикрии показали, что жук Stenocara gracilipes обладает природной способностью выполнять эту задачу.
История [ править ]
В инках были в состоянии поддерживать свою культуру над линией дождя, собирая росу и направления его в цистерны для последующего распределения. Исторические записи указывают на использование водосборных противотуманных заграждений . Эти традиционные методы обычно были полностью пассивными и не требовали внешнего источника энергии, кроме естественных колебаний температуры. [ необходима цитата ]
Несколько изобретателей разработали воздухозаборники как способ пассивного сбора влаги из воздуха. [ необходима цитата ]
У DARPA американских вооруженных сил есть программа под названием «Атмосферная добыча воды», цель которой - разработать устройство, которое может обеспечивать водой 150 солдат, при этом его могут нести четыре человека. В феврале 2021 года General Electric получила 14 миллионов долларов на продолжение разработки своего устройства. [1]
Современные технологии [ править ]
Многие атмосферные водогенераторы работают так же, как и осушители : воздух перемещается по охлаждаемому змеевику, вызывая конденсацию воды. Скорость производства воды зависит от температуры окружающей среды, влажности, объема воздуха, проходящего через змеевик, и способности машины охлаждать змеевик. Эти системы снижают температуру воздуха, что, в свою очередь, снижает способность воздуха переносить водяной пар. Это наиболее распространенная в использовании технология, но при использовании электроэнергии на основе угля она имеет один из наихудших углеродных следов среди всех источников воды ( на три порядка больше, чем при опреснении морской воды методом обратного осмоса).) и требует более чем в четыре раза больше воды в цепочке поставок, чем доставляет пользователю. [2]
В альтернативной доступной технологии используются жидкие или «влажные» осушители, такие как хлорид лития или бромид лития, для удаления воды из воздуха посредством гигроскопических процессов. [3] Предлагаемый аналогичный метод сочетает использование твердых осушителей, таких как силикагель и цеолит , с конденсацией под давлением. Также в стадии разработки находятся устройства для производства воды прямого питьевого качества с использованием солнечного света. [4]
Считается, что для приготовления 1 литра воды требуется 310 Вт · ч. [5]
Охлаждение конденсата [ править ]
В генераторе атмосферной воды конденсационного типа с охлаждением компрессор обеспечивает циркуляцию хладагента через конденсатор, а затем через змеевик испарителя, который охлаждает окружающий его воздух. Это понижает температуру воздуха до точки росы , вызывая конденсацию воды. Вентилятор с регулируемой скоростью проталкивает отфильтрованный воздух через змеевик. Полученная вода затем поступает в сборный резервуар с системой очистки и фильтрации, чтобы помочь сохранить воду чистой и снизить риск, связанный с вирусами и бактериями, которые могут собираться из окружающего воздуха на змеевике испарителя с помощью конденсирующейся воды. [6]
Скорость производства воды зависит от относительной влажности и температуры окружающего воздуха, а также от размера компрессора. Генераторы атмосферной воды становятся более эффективными при повышении относительной влажности и температуры воздуха. Как показывает практика, генераторы охлаждающей конденсированной атмосферной воды не работают эффективно, если температура опускается ниже 18,3 ° C (65 ° F) или относительная влажность падает ниже 30%. Это означает, что они относительно неэффективны при размещении внутри офисов с кондиционированием воздуха. Экономическая эффективность AWG зависит от мощности машины, местных условий влажности и температуры, а также стоимости питания устройства.
В последнее время были предприняты попытки использовать эффект Пельтье полупроводниковых материалов, в котором одна сторона полупроводящего материала нагревается, а другая - охлаждается. В этом случае воздух нагнетается через охлаждающие вентиляторы на той стороне, которая охлаждает, что снижает температуру воздуха до точки росы , вызывая конденсацию воды, а затем собирается полученная вода. Из-за твердотельной природы полупроводникового материала они привлекательны для портативных устройств, хотя низкая эффективность конденсации воды при обычно наблюдаемой влажности усугубляется высоким энергопотреблением охладителей Пельтье [ необходима цитата ]
Производительность по производству питьевой воды может быть увеличена в условиях окружающего воздуха с низкой влажностью, во-первых, за счет использования испарительного охладителя с подачей солоноватой воды для повышения влажности воздуха, близкого к точке росы . Таким образом, питьевая вода производится с использованием солоноватой воды вне зависимости от влажности окружающего воздуха водогенератором.
Влажное высыхание [ править ]
Одна из форм генерации влажной осушителя воды включает использование соли в виде концентрированном рассола раствора для поглощения влажности окружающей среды. Затем эти системы извлекают воду из раствора и очищают ее для потребления. Версия этой технологии была разработана как портативные устройства, работающие на генераторах . Говорят, что большие версии, установленные на прицепах, производят до 1200 галлонов США (4500 л) воды в день при соотношении до 5 галлонов воды на галлон топлива. [7] Эта технология была заказана для использования армией и флотом США компанией Terralab [ необходима цитата ] и Федеральным агентством по чрезвычайным ситуациям (FEMA). [8]
Вариант этой технологии был разработан, чтобы быть более экологически чистым, в первую очередь за счет использования пассивной солнечной энергии и силы тяжести . Рассол стекает снаружи башен, где он поглощает воду из воздуха. Затем рассол поступает в камеру и подвергается частичному вакууму и нагревается. Водяной пар конденсируется, а жидкая вода собирается, а обновленный рассол рециркулирует через систему. Поскольку конденсированная вода удаляется из системы под действием силы тяжести, создается вакуум, который снижает температуру кипения рассола. [9]
Также разрабатываются системы, сочетающие адсорбцию , охлаждение и конденсацию. [10] [11]
В теплицах [ править ]
Особый случай - образование воды в теплицах, потому что воздух внутри теплицы намного горячее и влажнее, чем снаружи. В частности, в климатических зонах с нехваткой воды теплица может значительно улучшить условия, необходимые для образования воды из атмосферы. Примером могут служить теплицы с морской водой в Омане и теплицы IBTS .
В автомобилях на топливных элементах [ править ]
Автомобиль на водородных топливных элементах производит один литр воды питьевого качества на каждые 8 миль (12,87 км) езды, что очень важно в условиях пустыни. [12]
В кондиционерах [ править ]
В кондиционерах осушающего типа сточные воды являются побочным продуктом, возникающим в результате охлаждения воздуха и конденсации , как в атмосферном водогенераторе (AWG). Вода в этом случае не очищается. Холодильное оборудование для кондиционирования воздуха обычно снижает абсолютную влажность воздуха, обрабатываемого системой. Относительно холодный (ниже точки росы) змеевик испарителя конденсирует водяной пар из обработанного воздуха, так же, как ледяной напиток конденсирует воду на внешней стороне стакана. Таким образом, из охлажденного воздуха удаляется водяной пар и снижается относительная влажность в помещении. Вода обычно сливается в канализацию или может просто капать на землю на открытом воздухе. Тепло отводится конденсатором, который находится за пределами охлаждаемого помещения.
Генератор питьевой воды на солнечной энергии [ править ]
Вода питьевого качества вырабатывается солнечными гидро-панелями на крыше из воздуха с использованием солнечной энергии и солнечного тепла в дневное время. [13] [14]
См. Также [ править ]
- Осушитель
- Опреснение
- Воздуховод (конденсатор)
- Пруд росы
- Сбор тумана
- Сбор дождевой воды
- Солнечный дымоход
- Производитель воды
- Солнечный еще
- Металлоорганический каркас § Улавливание водяного пара
- Нехватка воды
- Watergen
- Морская вода в пресную воду - генератор пресной воды
Ссылки [ править ]
- ^ Такер, Патрик. «Военные хотят производить воду из воздуха. За этим стоит наука» . www.defenseone.com . Первая защита . Проверено 13 февраля 2021 года .
- ^ Экологическая оценка воздуха для водных машин . Международный журнал оценки жизненного цикла, 18: 1149-1157.
- ^ Патенты; Набирайте воду с воздуха, измеряйте, сколько воды вы пьете, и будьте добры к пойманной рыбе . Нью-Йорк Таймс. 2 июля 2001 г.,
- ^ «Устройство на солнечных батареях вытягивает воду из тонкого (и довольно сухого) воздуха» . Проверено 13 апреля 2017 года .
- ^ Этот гаджет вытесняет из воздуха галлоны питьевой воды Time Inc. 24 апреля 2014 г.,
- ↑ Последнее предприятие Вилли Нельсона: Вода из воздуха . Атланта Журнал-Конституция.
- ↑ Вода, извлекаемая из воздуха для оказания помощи при стихийных бедствиях . Национальное общественное радио; Нелл Гринфилдбойс; 19 октября 2006 г.,
- ^ Innovation Awards: впереди стаи . Wall Street Journal. 30 октября 2007 г.
- ^ Питьевая вода из-за влажности воздуха . ScienceDaily (8 июня 2009 г.)
- ^ [1] . Фраунгофер (2014)
- ^ [2] Университет Саймона Фрейзера (25 апреля 2016 г.)
- ^ "2016 Toyota Mirai Fuel-Cell Sedan" . Проверено 28 августа 2016 .
- ^ «Новые солнечные гидро-панели на крыше собирают питьевую воду и энергию одновременно» . Проверено 30 ноября 2017 .
- ^ "Дождевые солнечные системы очистки воды" . Проверено 21 октября 2017 года .
