Сбор тумана для получения недорогой питьевой воды

Система, разработанная американскими инженерами, может стать недорогим источником питьевой воды для множества городов по всему миру, а также снизить эксплуатационные расходы электростанций

Около 39% всей пресной воды, забираемой из рек, озер и водохранилищ США, используется для охлаждения электростанций, использующих ископаемое топливо или ядерную энергию, и большая часть этой воды в конечном итоге улетает в виде облаков пара. Новый подход может потенциально сэкономить значительную часть этого ресурса и даже стать важным источником чистой и безопасной питьевой воды.

Принцип, лежащий в основе этой концепции, обманчиво прост: когда воздух, богатый водяным паром, попадает в пучок электрически заряженных частиц, известных как ионы, капли воды становятся электрически заряженными и, таким образом, могут притягиваться к сетке проводов, размещенных на их пути. Затем эти капли собираются с сетки, стекают в сборный поддон и могут быть повторно использованы на электростанции или отправлены в городскую систему водоснабжения.

Принцип работы системы описан в статье, опубликованной в журнале Science Advances.

Целью разработки было создание высокоэффективных систем регенерации воды путем улавливания ее капель, как из естественного тумана, так и из шлейфов промышленных градирен. Те системы, которые, как правило, состоят из какого-то вида пластиковой или металлической сетки, подвешенной вертикально на пути движения туманов, которые, например, регулярно приходят с моря, крайне неэффективны и могут захватить всего лишь от 1 до 3 процентов капель воды, проходящих через них.

Причина неэффективности существующих устройств выявилась в подробных лабораторных экспериментах: проблема заключается в аэродинамике систем. Когда поток воздуха проходит через препятствие, например, через провода, расположенные в этих сетчатых противотуманных экранах, воздушный поток естественным образом обходит эти препятствия, подобно тому, как воздух, обтекающий крыло самолета, разделяется на потоки, проходящие над и под конструкцией крыла. Эти отклоняющиеся воздушные потоки уносят капли, направлявшиеся к проводу, в сторону, если только они не двигались прямо к его центру.

Простое увеличение размеров проволоки или уменьшение пространства в сетке имеет тенденцию приводить к обратным результатам, поскольку препятствует общему потоку воздуха, что приводит к уменьшению сбора в целом.

Но когда поступающий туман сначала взаимодействует с ионным пучком, происходит противоположный эффект. Мало того, что все капли, которые находятся на пути проводов, приземляются на них, и даже те капли, которые нацеливались на отверстия в сетке, тоже тянутся к проводам. Таким образом, эта система может захватывать гораздо большую долю проходящих через нее капель. Таким образом, это может значительно повысить эффективность систем улавливания тумана, при удивительно низких затратах. Оборудование простое, а необходимое количество энергии минимально.

На видео эксперимента видно, как из устройства поднимается густой туман, и он почти мгновенно исчезает, как только система включается.

Дальнейшая цель была направлена на сбор воды из шлейфов градирен электростанций. Там поток водяного пара гораздо более концентрирован, чем любой естественный туман, и это делает систему еще более эффективной. А поскольку сбор испаренной воды сам по себе является процессом дистилляции, собранная вода получается чистой, даже если для охлаждения использовали соленую или загрязненную. По словам исследователей, типичная 600-мегаваттная электростанция может потреблять 680 тысяч кубических метров воды в год.

Для городов, чьи электростанции уже установлены вдоль многих засушливых береговых линий, и которые охлаждаются морской водой, это станет очень простым и дешевым способом опреснения воды. «Это может быть отличным способом решения глобального водного кризиса». «Это может компенсировать потребность в строительстве до 70% новых опреснительных установок в следующем десятилетии».

Источник: SciTechDaily