Prímorské štáty trpiace nedostatkom sladkej vody môžu odsoľovať vodu čerpanú z oceánu. Ide o pomerne hojne využívanú, ale súčasne drahú a energeticky náročnú technológiu. Pre oblasti, ktoré sú od pobrežia morí vzdialené, je však často jediným spôsobom, ako získať vodu, kondenzácia chladením. K tomu účelu dnes obvykle slúžia rôzne zariadenia vyžadujúce pre svoju prevádzku vonkajšiu energiu, prípadne mechanizmy na pasívnom princípe, ktoré využívajú teplotné výkyvy medzi dňom a nocou. Tie však umožňujú extrahovať vodu zo vzduchu iba v noci.
Nepretržité zisky
Odborníci zo švajčiarskej inštitúcie ETH teraz vyvinuli technológiu, ktorá umožňuje získavať vodu nepretržite dvadsaťštyri hodín denne vrátane poludňajšej špičky, keď slnko žiari najsilnejšie, a to bez dodávky ďalšej energie. Nové zariadenie pozostáva zo sklenenej tabule so špeciálnym povlakom. Tá odráža slnečné žiarenie a počas jasného počasia ho vyžaruje skrz atmosféru späť do kozmu. Súbežne s tým táto tabuľa intenzívne sála "svoje" teplo (v zmysle Stefanovho-Boltzmannovho zákona) voči jasnej a chladnej oblohe v teplote hlboko pod bodom mrazu. Tým sa úplne autonómne ochladzuje, vďaka čomu na jej spodnom povrchu kondenzuje vodná para a mení sa na vodu. Ide o podobný princíp, na základe ktorého sa rosia okná z vnútornej strany v zime.
Sklo je konkrétne potiahnuté polymérovými a striebornými vrstvami. Tabuľa vďaka nim vyžaruje voči chladnej oblohe infračervené tepelné žiarenie, ktoré zodpovedá jej teplote (ide o polychromatické tepelné žiarenie v zmysle Planckovho vyžarovacieho zákona). To putuje cez atmosféru v podstate až do vesmíru, jasná chladná obloha vracia podstatne chladnejšie žiarenie (10 aj viac °C pod nulou). Kľúčovou súčasťou zariadenia je tiež kužeľovitý štít, ktorý zlepšuje sálavosť zostavy voči oblohe, tieni tabuľu a chráni ju pred slnečným žiarením tak, aby čo najlepšie prebiehalo plné pasívne chladenie.
Praktická skúška
Ako preukázali testy vykonané na streche budovy ETH v Zürichu, nová technológia zvládne vyprodukovať viac vody než iné súčasné pasívne technológie tohto typu (prepočítané na meter štvorcový plochy). Pilotný systém so sklom s priemerom 10 centimetrov poskytol 4,6 mililitrov vody denne. Vedci tak ukázali, že za ideálnych podmienok možno získať až 0,53 decilitrov vody na meter štvorcový povrchu tabule za hodinu. „To sa blíži teoretickej maximálnej hodnote 0,6 decilitra za hodinu a jeden meter štvorcový, ktorú je fyzikálne nemožné prekročiť," hovorí Iwan Hächler, doktorand pôsobiaci v skupine Dimos Poulikakose, profesora termodynamiky na ETH.
Žiadna externá energia
Iné technológie zvyčajne vyžadujú, aby bola kondenzovaná voda pravidelne stieraná z povrchu, čo je akcia, ktorá vyžaduje energiu zvonku. V opačnom prípade by časť kondenzovanej vody zostávala na povrchu dosky a zabraňovala ďalšej kondenzácii. Vedci z ETH však na spodnú stranu svojej tabule aplikovali nový superhydrofobný (extrémne vodoodpudivý) povlak, vďaka ktorému nahromadená voda sama odteká v podobe kotúľajúcich sa kvapiek. Možnosť fungovania novej technológie úplne bez potreby vonkajšej energie je kľúčový faktor jej úspešnosti.
Na záver
Do budúcnosti je možné očakávať, že bude táto technológia ďalej rozvíjaná nielen švajčiarskymi odborníkmi. Možno ju tiež kombinovať s inými zariadeniami, napríklad s tými, ktoré pracujú na princípe odsoľovania, a tak maximalizovať výnos. Jednou z možností je tiež vytvoriť kaskádovitý systém, v ktorom by bolo prepojené niekoľko modulov kondenzátorov, ktoré by dokopy poskytovali adekvátne množstvo vody.
Pozn. red.: Príroda túto technológiu už od nepamäti prevádzkuje vo veľkom. Dôkazom je dážď a sneženie. Všetko poháňa Slnko, rovnako ako v prípade švajčiarskych vedcov a ich experimentov.
Zdroje:
https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2021/06/harvesting-drinking-water-from-humidity.html
https://advances.sciencemag.org/content/7/26/eabf3978
