Команда инженеров Техасского университета в Остине недавно разработала инновационную куртку, которая может собирать питьевую воду непосредственно из воздуха, и одновременно запустила рекордную систему сбора атмосферной воды на солнечной энергии, которая, как ожидается, предоставит новый портативный способ использования воды для людей, у которых нет источников чистой воды. Исследователи говорят, что эта технология особенно подходит для людей, которые проводят длительное время в дикой природе или в районах со слабой инфраструктурой, в том числе для туристов, отдыхающих, бегунов на длинные дистанции, сельскохозяйственных рабочих, спасателей и военнослужащих.

В этой «водяной рубашке» используются специально разработанные текстильные материалы, которые могут поглощать влагу из окружающего воздуха, направлять водяной пар вдоль волокон в съемный сборный блок, а затем нагревать и выпускать воду через складное водосборное устройство, в конечном итоге получая чистую воду, которую можно напрямую пить. При различных условиях влажности куртка может производить примерно от 400 до 900 мл питьевой воды в день, что эквивалентно 14–30 жидким унциям, что обеспечивает людям значительную емкость для получения источников воды на ходу.

Юй Гуйхуа, один из руководителей проекта и профессор кафедры машиностроения Технологического института Кокрелла и Техасского научно-исследовательского института материалов, отметил, что в прошлом люди обычно представляли себе «извлечение воды из воздуха» как стационарное оборудование, такое как ящики, пластинчатые устройства или большие адсорбционные слои, но это исследование пытается полностью «реконструировать» этот тип технологии с точки зрения формы. Если бы ткани сами могли собирать влагу из воздуха, это открыло бы совершенно новые возможности и возможности использования воды в личных и портативных целях.

По сравнению с существующими материалами, поглощающими атмосферную воду, этот новый тип текстиля продемонстрировал улучшение производительности в крупных масштабах примерно в три-десять раз. Ее основной прорыв заключается не только в улучшении водопоглощающей способности, но и в перепроектировании пути транспортировки воды в волокне. Благодаря совместному проектированию структуры и материалов исследовательская группа позволила воде быстро превращаться из водяного пара в воздухе в жидкость на поверхности волокна, а затем эффективно передаваться внутрь ткани, тем самым совершив переход от лабораторного прототипа к носимой системе.

Кейт Джонстон, соавтор проекта и профессор химического машиностроения, отметил, что настоящим ключом является разработка этого «быстрого пути передачи», а не просто создание дополнительного водопоглощающего материала. Именно эта система передачи водяного пара в жидкое состояние, а затем в ткань, позволяет материалу работать гораздо эффективнее, чем традиционные решения в практическом применении, закладывая основу для распространения на большее количество форм продукции, таких как одежда, рюкзаки, палатки и аварийные убежища.

Исследовательская группа заявила, что в будущем они сосредоточатся на изучении применения этой технологии для отдыха на природе, полевых работ, реагирования на стихийные бедствия, а также в районах с засухой или слабой инфраструктурой водоснабжения, стремясь сделать носимые устройства для забора воды дополнительным средством повышения безопасности и доступности воды. В этом процессе важным направлением последующих разработок станет то, как добиться масштабируемости производства, долговечности и удобства использования материалов при обеспечении производительности.

Параллельно с курткой команда также разработала портативное устройство для извлечения воды из атмосферы на солнечной энергии и завершила полевые испытания в жаркой и засушливой среде пустыни Чиуауа в Нью-Мексико и во влажном климате Остина, штат Техас. Результаты испытаний показывают, что система может собирать примерно 1,3 литра (44 жидких унции) чистой питьевой воды в день как в засушливых, так и в полувлажных условиях, демонстрируя стабильную способность производства воды в любых климатических условиях.

При расчете на основе использования материала эта система может производить около 4,3 литров воды на килограмм абсорбирующего материала в день, что эквивалентно среднесуточному производству воды около 1,1 галлона на 2,2 фунта материала, что побивает рекорды, установленные во многих предыдущих аналогичных исследованиях. Гуань Вэйсинь, один из первых авторов статьи, сказал, что это важный шаг на пути к «практическому сбору атмосферной воды». Годы работы команды от молекулярного проектирования до реальной эксплуатации системы наконец привели к прорыву в интеграции устройства, развертываемого в полевых условиях.

Ядром этой высокопроизводительной системы водозабора является специальная гидрогелевая ткань, изготовленная из материалов, полученных из биомассы, которая завершает процесс адсорбции и выделения водяного пара при низком потреблении энергии. Гидрогели могут поглощать водяной пар из воздуха, а при нагревании солнечным светом они могут выделять поглощенную воду, а затем собирать ее в жидкую воду посредством конденсации, тем самым используя солнечную энергию для запуска полного цикла сбора воды.

Исследовательская группа отмечает, что эта технология имеет высокий потенциал применения во многих регионах мира с наибольшей нехваткой воды, таких как части Северной Африки, Ближнего Востока, Южной Азии и Африки к югу от Сахары, где часто бывает трудно построить и поддерживать традиционную централизованную инфраструктуру водоснабжения. Благодаря этому решению для распределенного водозабора на основе текстиля и геля отдаленные сообщества, места оказания помощи при стихийных бедствиях и районы с ограниченной инфраструктурой имеют потенциал получить доступ к источнику питьевой воды, который не требует сложных трубопроводных сетей.

Соответствующие результаты были опубликованы в двух журналах: «Science Advances» и «Nature Water». В первом подробно описывается масштабируемая иерархическая структура текстильного волокна для индивидуального переносного сбора атмосферной воды, а во втором демонстрируется конструкция и полевая проверка портативной высококлассной системы сбора атмосферной воды, работающей на солнечной энергии, в различных климатических условиях. Исследовательская группа считает, что по мере того, как эти материалы и системы продолжают развиваться и приближаться к применению, будущий сценарий, когда люди «получат питьевую воду, надев одежду» в условиях дефицита воды, постепенно переходит из воображения в реальность.