Kilka litrów wody dziennie z wilgoci. To woda z powietrza

Louisa Graupe i Julika Schwarz zaprojektowały Water from Air jako przenośne naczynie do pozyskiwania i magazynowania wody. Twierdzą, że ich urządzenie może produkować do 1,6 galona wody pitnej dziennie, czyli ok. 6 litrów. Klucz pomysłu jest prosty: skraplać wilgoć z powietrza i gromadzić kondensat w dolnym zbiorniku, gotowy do nalania z kranika.

Projekt został opisany przez autorki na platformie Behance. Celem było pokazanie, że technologie normalnie zarezerwowane dla laboratoriów można zamknąć w prostym, użytkowym przedmiocie.

"Naszym celem było zilustrowanie potencjału nowych materiałow poprzez przyjazny użytkownikowi i samowystarczalny produkt" - pisze Julika Schwarz na Behance.

Konstrukcja składa się z kilku modułów drukowanych w 3D, które można ustawiać piętrowo. Górna sekcja przypomina tłok kawiarki i otwiera się, aby wciągać wilgoć z powietrza. Po około godzinie klapka się zamyka, a korpus zaczyna się nagrzewać, co inicjuje kondensację. Skroplona woda ścieka do podstawy, gdzie jest przechowywana.

Twórczynie zakładają, że materiały wbudowane w ściany modułów mają wyłapywać większość zanieczyszczeń obecnych w powietrzu, dzięki czemu kondensat nie wymaga osobnego etapu filtracji. Na dole znajduje się kranik, którym można nalać wodę bezpośrednio do kubka lub butelki.

"Podstawowy pomysł pozyskiwania wody z powietrza ma ogromny potencjał na przyszłość, ponieważ rośnie zapotrzebowanie na czyste źródła wody" - piszą Louisa Graupe i Julika Schwarz na Behance.

Jeden pełny cykl pracy trwa około dwóch godzin i w przybliżeniu półlitrową butelkę wody. Przy pracy ciągłej przez dobę, według autorek, urządzenie miałoby dostarczać około 6 litrów wody. To, jak argumentują inżynierki, wystarczyłoby na zapotrzebowanie czteroosobowej rodziny, jeśli przyjąć spożycie na poziomie 1,5 litra na osobę dziennie.

Wydajność urządzeń do pozyskiwania wody z powietrza zawsze silnie zależy od wilgotności i temperatury, dlatego faktyczne wyniki będą różnić się w zależności od klimatu i pory dnia. Autorzy nie podali jeszcze twardych danych eksperymentalnych z różnych warunków.

Budując urządzenie, inżynierki wykorzystały metalorganiczne cząsteczki znanych jako MOF-y, które mają wyłapywać szkodliwe zanieczyszczenia z powietrza (ich odkrycie zostało w tym roku nagrodzone Nagrodą Nobla z chemii). W teorii takie struktury działają jak gąbka molekularna: mają ogromną powierzchnię właściwą i selektywnie wiążą określone cząsteczki.

Graupe i Schwarz sugerują, że dzięki MOF-om można byłoby zrezygnować z klasycznego wkładu filtrującego. Taki układ byłby prostszy w obsłudze, tańszy w utrzymaniu i łatwiejszy do wytworzenia, bo kluczowym elementem jest sama geometria wydrukowanych modułów i dobór materiału sorbentu.

Urządzenie jest na wczesnym etapie rozwoju. W odpowiedziach na komentarze na Behance Julika Schwarz zaznacza, że zespół wciąż bada materiały i prowadzi proces zgłoszenia patentowego. Nie podano orientacyjnej ceny ani terminu komercjalizacji.

Innymi słowy, Water from Air to w tej chwili przede wszystkim propozycja designu i kierunku rozwoju, a nie gotowy produkt rynkowy. Projekt pokazuje, jak można połączyć druk 3D z materiałami o właściwościach sorpcyjnych, ale wymaga dalszych testów trwałości, bezpieczeństwa i higieny użytkowania.

Według amerykańskiego Centers for Disease Control and Prevention nawet 2,2 miliona osób w USA mieszka w domach bez podstawowej instalacji wodno kanalizacyjnej. Z kolei badanie Arizona State University szacuje, że do 12 proc. mieszkańców USA może doświadczać niepewności wodnej.

W ujęciu globalnym World Economic Forum ocenia, że około 72 proc. ludzi na świecie doświadcza jakiejś formy niepewności wodnej, a około 8 proc. znajduje się w kategorii krytycznej. Małe, zdecentralizowane urządzenia mogą wypełniać nisze, których duże, scentralizowane systemy odsalania czy uzdatniania nie obejmują.

Zastosowanie druku 3D ma jeszcze jedną zaletę: plik z projektem można udostępnić i wytwarzać urządzenia lokalnie, z pominięciem scentralizowanej dystrybucji. W realiach regionów odległych czy dotkniętych katastrofami to właśnie dostępność części i możliwość naprawy na miejscu często decydują o sukcesie technologii.

Taka modułowa konstrukcja ułatwia też skalowanie: więcej segmentów to większa powierzchnia wymiany i potencjalnie większa wydajność, choć kosztem energii i czasu cyklu. Projektantki nie podały jeszcze bilansu energetycznego ogrzewania i suszenia modułów w trakcie kondensacji.

Twórczynie podkreślają, że celem było zaprojektowanie "samowystarczalnego i przyjaznego użytkownikowi" urządzenia. W praktyce oznacza to brak zewnętrznej instalacji, prostą obsługę i możliwość ciągłej pracy w tle. To ważne założenia w kontekście nierówności wodnych zarówno w państwach Globalnej Północy, jak i Południa.

W kolejnych iteracjach konstrukcji można spodziewać się optymalizacji geometrii kanałów, aby zwiększyć powierzchnię wymiany i kontrolę przepływu powietrza, oraz testów różnych klas sorbentów. Z perspektywy użytkownika liczyć się będą też ergonomia: masa wody to 1 kilogram na litr, więc pełny dolny zbiornik 6 litrów waży już ok. 6 kilogramów. Konieczne jest stabilne, wygodne przenoszenie i łatwe nalewanie.

Jeśli projekt trafi do seryjnej produkcji, kluczowa będzie standaryzacja części i dostępność zamienników. Ekosystem druku 3D sprzyja tworzeniu bibliotek modeli, z których lokalne warsztaty mogą wytwarzać części i dokonywać napraw. To droga do obniżenia kosztów i wydłużenia żywotności urządzeń.

Warto pamiętać, że nawet najbardziej obiecujący prototyp to dopiero początek drogi. Bezpieczeństwo jest bezwzględnym priorytetem, a regulacje dotyczące tego, jakie standardy powinny spełniać urządzenia do pozyskiwania wody różnią się w zależności od kraju. Ewentualna certyfikacja będzie wymagać długich testów laboratoryjnych i terenowych. W trakcie tych badań może się okazać, że potrzebny jest dodatkowy etap uzdatniania.

Co nie zmienia faktu, że podobne urządzenie: przenośne i modułowe, może być bezcenne zwłaszcza w sytuacjach krytycznych. Jeśli uda się utrzymać niski koszt urządzenia, projekt może stać się jedną z najciekawszych prób "demokratyzacji" technologii pozyskiwania wody z powietrza.