Инженеры создают синтетическое дерево для очистки воды

Солнечные установки могут быть очень полезным способом получения питьевой воды из грязной или соленой воды, но есть много возможностей для повышения их эффективности. Теперь инженеры из Virginia Tech вдохновленные мангровыми деревьями, разработали «синтетическое дерево», которое имитирует естественный процесс транспортировки воды вверх через корни и стебли в листья.

Базовая конструкция подобной установки не меняется десятилетиями. Обычно все начинается с резервуара с водой, в настоящее время непригодной для питья, слишком соленой, грязной или загрязненной иным образом.

Эта вода проходит через абсорбирующий материал, который затем нагревается солнечным светом, испаряя воду в воздух. Водяной пар ударяется о наклонный потолок и конденсируется, стекая в сборный поддон.

Различные устройства представляют собой вариации этой базовой конструкции с использованием различных материалов, которые лучше поглощают воду или тепло от солнечного света, таких как губчатый углерод, материалы для подгузников, аэрогель или «розы», покрытые черным полимером.

Большинство из этих существующих устройств работают за счет капиллярного действия, когда жидкость поднимается вверх через узкое пространство, прилипая к краям и увлекая другие молекулы вверх благодаря внутреннему сцеплению жидкости. Но этот метод не очень эффективно масштабируется.

Для нового исследования инженеры обратилась к природе в поисках более эффективной системы отвода воды. Капиллярное действие играет лишь незначительную роль в движении воды для растений — большая часть воды перемещается через транспирацию. Это процесс, который позволяет растениям эффективно перекачивать и удалять лишнюю воду из корней, через стволы и ветви и через листья в виде водяного пара.

Транспирация — это своего рода избавление от излишков воды, вызванное более низким водным потенциалом в воздухе вокруг растения. Это побуждает молекулы воды выходить из растения в воздух, увеличивая напряжение на молекулах воды внутри растения и вытягивая их вверх. Теоретически этот механизм должен уметь перекачивать воду на любую высоту.

В ходе испытаний исследователи обнаружили, что синтетическое дерево способно собирать в три раза больше воды, чем при использовании только объемного резервуара. Специалисты говорят, что будущая работа должна включать тестирование более высоких деревьев, добавление большего количества листьев и использование мембран для фильтрации соли из воды.

«Мы ожидаем, что наш солнечный парогенератор на основе дерева будет интересен для применения в добыче и очистке подземных вод», — говорит Джонатан Борейко, автор исследования.

«Конечная цель — достичь давления всасывания, достаточного для того, чтобы вода проходила через фильтр, исключающий соль, без использования механического насоса, аналогично тому, как мангровые деревья могут расти в океанской воде».

Исследование опубликовано в журнале Applied Physics Letters.