Автономное устройство для получения воды из атмосферного воздуха под действием солнечного света с помощью металлоорганических каркасных структур

Рис. Схема устройства

Проблема:

​Нехватка питьевой воды в густонаселенных районах Земли с отсутствием инфраструктуры и низкими значениями среднесуточной влажности воздуха является одним из важных социо-гуманитарных вызовов стоящими перед человечеством в XXI веке.

Решение:

В МИИ ИМ ведутся работы по разработке автономного генератора воды из атмосферного воздуха. Основным элементом устройства являются высокоэффективные материалы сорбентов на основе металлорганических каркасных структур (МОКП), синтезируемых в институте. В сравнении с аналогами (такими, например, как «силикагель») сорбенты на основе МОКП ввиду чрезвычайно высокой пористости материала, а также большой удельной площади доступной поверхности, способны адсорбировать значительное количество воды (до 25% процентов по отношению к массе самого материала) при низких и критически низких значениях относительной влажности воздуха 20-25% (такие среднесуточные значения соответствуют влажности воздуха в пустыне Сахара).
Таким образом, для получения одного стакана питьевой воды достаточно около 800 гр материала сорбента. Возможность многократной цикличности использования материала (до 600 циклов адсорбции/десорбции без потери качества и пористости структуры материала сорбента), а производство материалов сорбента не требует использования исходных химических реактивов высокой аналитической чистоты, что делает такой подход к генерации воды рентабельным и релевантным.

Принцип работы:

Во время «ночного цикла» (при более низких температурах и более высоких значениях влажности воздуха) слой сорбента аккумулирует воду, а в «дневном цикле» при нагреве поверхности слоя сорбента лучами солнца до температур в 70-80 оС происходит десорбция накопленной воды, которая конденсируется на поверхности металлической пластинки. С целью более эффективной конденсации паров воды пластинка может дополнительно охлаждаться за счет маломощного элемента Пельтье, который при малых нагрузках позволяет уменьшить температуру пластины конденсатора на 5-10 oC по отношению к окружающим элементам конструкции.

Научные публикации авторов МИИ ИМ по теме:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0020169320312251
https://link.springer.com/article/10.1134/S1027451019050173