Кіріспе
Атмосфералық су генераторы (АВГ) – ылғалды ауадан суды суырып алып, ішуге жарамды су өндіретін құрылғы. Ауадағы су буын конденсация арқылы, ауаны оның шығыс нүктесінен төмендетіп суыту, ауаны кептіргіштерге (десиканттарға) ұшырату, тек су буын өткізетін мембраналарды пайдалану, тұман жинау немесе ауаға қысым жасау арқылы алуға болады. АВГ-лар ішуге жарамды су табу қиын болған жағдайларда пайдалы, себебі су қоршаған орта ауасында әрқашан болады. АВГ-ға жұмыс істеу үшін көп энергия қажет болуы мүмкін, немесе табиғи температура айырмашылықтарына сүйене отырып, пассивті түрде жұмыс істеуі мүмкін. Биомимикриялық зерттеулер Onymacris unguicularis қоңызының осы міндетті орындауға табиғи қабілеті бар екенін көрсетті.
An atmospheric water generator (AWG), is a device that extracts water from humid ambient air, producing potable water. Water vapor in the air can be extracted either by condensation cooling the air below its dew point, exposing the air to desiccants, using membranes that only pass water vapor, collecting fog, or pressurizing the air. AWGs are useful where potable water is difficult to obtain, because water is always present in ambient air. AWG may require significant energy inputs, or operate passively, relying on natural temperature differences. Biomimicry studies have shown the Onymacris unguicularis beetle has the natural ability to perform this task.
Тарих
Инкалар өз мәдениетін жаңбыр деңгейінен жоғары сақтап, буланы жинап, кейін тарату үшін цистерналарға жеткізе білді. Тарихи жазбалар су жинауға арналған тұман торының қолданылғанын көрсетеді. Бұл дәстүрлі әдістер көбінесе толығымен пассивті болды, сыртқы энергия көзін пайдаланбай, тек табиғи температура өзгерістеріне сүйенді. Ауа құдықтары – ауадан ылғалды пассивті түрде жинаудың бір жолы. Ағынды суды (тұзды суды) алу технологиясын АҚШ Армиясы және АҚШ Әскери-теңіз күштері Terralab және Федералдық Төтенше Жағдайларды Басқару Агенттігінен (FEMA) келісімшарт бойынша алды. DARPA-ның атмосфералық суды алу бағдарламасы 150 сарбазға су бере алатын және 4 адам көтере алатын құрылғыны жасауды мақсат етеді. 2021 жылдың ақпан айында General Electric компаниясына құрылғыны жетілдіру үшін 14 миллион доллар бөлінді. 2022 жылы целлюлоза/коньяк жемісінен жасалған кептіргіш 30% ылғалдылықта күніне 13 л/кг (1.56 АҚШ галлоны/фунт/күн) және 15% ылғалдылықта күніне 6 л/кг (0.72 АҚШ галлоны/фунт/күн) су өндіретіні көрсетілді.
Технологиялар
Салқындату негізіндегі жүйелер ең көп таралған, ал ылғалды сіңіретін жүйелер перспективалы болып көрінеді. Гибридтік жүйелер адсорбция, тоңазыту және конденсацияны үйлестіреді.
Салқындату конденсациясы
Конденсациялық жүйелер – ең көп қолданылатын технология. Ауаны салқындату арқылы конденсация жасайтын АВГ (AWG) компрессорды пайдаланып, салқындатқышты конденсатор арқылы және содан кейін қоршаған ауаны салқындататын буландырғыш спираль арқылы айналдырады. Ауа температурасы шөл нүктесіне жеткенде, су коллекторға конденсацияланады. Желдеткіш сүзгіленген ауаны спираль арқылы итеріп жібереді. Тазарту/фильтрациялау жүйесі суды таза ұстап, қоршаған ортадағы микроорганизмдер тудыратын қауіпті азайтады. Су өндірілу жылдамдығы қоршаған ортаның температурасына, ылғалдылығына, спираль арқылы өтетін ауа көлеміне және машинаның спиральды салқындату қабілетіне байланысты. АВГ-лар салыстырмалы ылғалдылық пен ауа температурасының жоғарылауымен тиімдірек жұмыс істейді. Ереже бойынша, ауаны салқындату арқылы конденсация жасайтын АВГ-лар қоршаған ортаның температурасы 18,3°C (65°F) төмен түскенде немесе салыстырмалы ылғалдылық 30%-дан төмен болғанда тиімді жұмыс істемейді. АВГ-ның экономикалық тиімділігі машинаның қуатына, жергілікті ылғалдылық және температура жағдайларына, сондай-ақ электр қуатының құнына байланысты. Жартылай өткізгіш материалдардың Пелтиер эффектісі конденсациялық жүйені ұсынады, онда жартылай өткізгіш материалдың бір жағы қызып, екінші жағы салқындайды. Бұл жағдайда ауа салқындату желдеткіштері арқылы салқындайтын жаққа итеріледі, бұл ауа температурасын төмендетеді. Қатты күйдегі жартылай өткізгіштер портативті құрылғылар үшін ыңғайлы, бірақ бұл төмен тиімділік пен жоғары қуат тұтынумен толықталады. Ішуге жарамды су өндіруді ылғалдылық төмен жағдайларда, ылғалдылықты арттыру үшін тұзды сумен жабдықталған буландыру салқындатқышын пайдалану арқылы жақсартуға болады. Ерекше жағдай – жылыжайларда су өндіру, себебі ішкі ауа әлдеқайда ыстық және ылғалды. Мысалдарға Омандағы теңіз суының жылыжайы және IBTS жылыжайы жатады. Нығайту кондиционерлерінде ішуге жарамсыз су қосалқы өнім болып табылады. Салыстырмалы түрде салқын (шөл нүктесінен төмен) буландырғыш спираль өңделген ауадан су буын конденсациялайды. Көмірге негізделген электр энергиясымен жұмыс істегенде, ол кез келген су көзінің ең нашар көміртегі ізіне ие (кері осмос арқылы теңіз суын тұщыландырудан үш есе артық) және пайдаланушыға жеткізгеннен төрт есе көп суды қажет етеді. Болжам бойынша, ең тиімді және тұрақты әдіс – күн энергиясымен жұмыс істейтін адсорбциялық тоңазытқышты пайдалану, ол фотоэлектрлік жүйелерден гөрі тиімдірек. Мұндай жүйелер қалдық жылуды пайдалануға да мүмкіндік береді, мысалы, сорғылау үшін немесе ылғалдылық жоғарылайтын түнгі уақытта жұмыс істеу үшін.
Гигроскопия
Гигроскопиялық әдістер ауадан сіңіру немесе адсорбция арқылы суды тартып алады. Бұл материалдар ауаны кептіреді. Күртетушілер сұйық ("ылғал") немесе қатты болуы мүмкін. Суды қайта алу үшін оларды жаңарту қажет (әдетте жылулық әдіспен).
Ылғалды құрғатқыштар
Сұйық құрғатқыштардың мысалдары: литий хлориді, литий бромиді, кальций хлориді, магний хлориді, калий форматы, триэтилен гликоль және [EMIM][OAc]. Тағы бір ылғалды құрғатқыш – тұздық концентрат. Тұздық суды сіңіреді, содан кейін ол шығарылып, тазартылады. Бір портативті құрылғы генератормен жұмыс істейді. Трейлерлерге орнатылған үлкендері күніне 5 галлонға дейін су өндіруге қабілді, отынның әр галлонына 5 галлон су шамасында. Тағы бір нұсқасы күн энергиясы мен гравитацияға сүйене отырып, экологиялық тұрғыдан таза болуға тырысады. Концентратталған тұздық мұнаралардың сыртынан ағып, су буын сіңіреді. Содан кейін тұздық камераға еніп, жартылай вакуумға ұшыратылып, қыздырылады, нәтижесінде су буы бөлінеді, ол конденсатталып жиналады. Конденсатталған су гравитация күші арқылы жүйеден шығарылғанда, тұздықтың қайнау температурасын төмендететін вакуум пайда болады.
Қатты құрғатқыштар
Кремний гелі мен цеолит қысыммен берілген ауаны кептіреді. Күн сәулесін пайдаланып тікелей ішуге жарамды су өндіретін құрылғылар жасалуда. Бір құрылғы 1 литр су жасауға жұмсалады. Ол кеуекті мыс негізіндегі цирконий/органикалық металл-органикалық каркас пен графит субстратын қолданады. Күн графитті қыздырып, суды бөліп шығарады, ал содан кейін графитті салқындатады.
Отын элементтері
Сутектік отын жасушасы бар автомобиль сутегі мен ауадағы оттегіні біріктіру арқылы әр 12,87 километр (8 миль) жол жүргенде бір литр ішуге жарамды су шығарады.
Қуат
[[Файл:АВХ-дағы ең аз жұмыс. Гидрогельдер ауадағы ылғалды жинау үшін (мысалы, түнде шөлде) пайдаланылуы мүмкін, күн панельдерін салқындатуға немесе тұщы су өндіруге, тіпті күн панельдерімен біріктірілген жүйелерде көрсетілгендей, егістерді суаруға да қолданылады. Бір зерттеу мұндай құрылғылар бір миллиард адамды ауыз сумен қамтамасыз етуге көмектесе алатынын көрсетті, алайда жеке жүйелерді пайдалану "тұрақты құбырлық инфрақұрылымды дамытуға жасалған күш-жігерді әлсіретуі" мүмкін.
Hydrogels can be used to capture moisture (e. g. at night in a desert) to cool solar panels or to produce fresh water – including for irrigating crops as demonstrated in solar panel integrated systems where these have been enclosed next to or beneath the panels within the system. One study reported that such devices could help provide potable water to one billion people, although off the grid generation could "undermine efforts to develop permanent piped infrastructure".