Пресной воды мало во многих частях мира, и ее добыча сопряжена с большими сложностями. Страны расположенные недалеко от океана (и других крупных источников воды) могут опреснять соленую воду для этой цели, но для этого требуется большое количество энергии. Вдали от берега остается единственный вариант — конденсировать атмосферную влажность за счет охлаждения либо с помощью процессов, которые также требуют больших затрат энергии, либо с помощью "пассивных" технологий, которые используют колебания температуры между днем и ночью. Однако при использовании современных пассивных технологий, таких как рососборная фольга, воду можно извлекать только ночью. Это связано с тем, что солнце нагревает фольгу в течение дня, что делает невозможным образование конденсата.
Исследователи из ETH Zurich разработали технологию, которая впервые позволяет им собирать воду 24 часа в сутки без дополнительных затрат энергии даже под палящим солнцем. Новое устройство состоит из стекла со специальным покрытием, которое не только отражает солнечное излучение, но и излучает собственное тепло через атмосферу в космическое пространство. Таким образом, материал охлаждается до температуры на 15 градусов ниже температуры окружающей среды. На нижней стороне этой панели водяной пар из воздуха конденсируется в воду. Процесс такой же, как и на плохо утепленных окнах зимой.
Ученые покрыли стекло специально разработанными полимерными и серебряными слоями. Этот подход к покрытию заставляет стекло производить инфракрасное излучение с определенной длиной волны в космическое пространство без поглощения атмосферой и отражения обратно на стекло. Еще один ключевой элемент устройства — новый конусный радиационный экран. Он в значительной степени отражает тепловое излучение из атмосферы и защищает стекло от поступающего солнечного излучения, позволяя устройству излучать вышеупомянутое тепло наружу и, таким образом, полностью пассивно самоохлаждаться.
Как показали испытания нового устройства в реальных условиях на крыше здания ETH в Цюрихе, новая технология может производить как минимум вдвое больше воды на площадь в день, чем лучшие современные пассивные технологии на основе фольги: небольшой прототип с диаметром стекла 10 сантиметров в реальных условиях доставляла 4,6 миллилитра воды в день. Более крупные устройства с большими стеклами соответственно производят больше воды. Ученые смогли показать, что в идеальных условиях они могут собирать до 0,53 децилитра (примерно 1,8 жидких унций) воды на квадратный метр поверхности стекла в час.
Другие технологии обычно требуют удаления конденсированной воды с поверхности, что требует энергии. Без этого этапа значительная часть конденсированной воды будет прилипать к поверхности и оставаться непригодной для использования, препятствуя дальнейшей конденсации. Исследователи ETH Zurich нанесли новое супергидрофобное (чрезвычайно водоотталкивающее) покрытие на нижнюю часть стекла в своем водяном конденсаторе. Это приводит к тому, что конденсированная вода поднимается и бежит или спрыгивает сама по себе.
Целью исследователей было разработать технологию для стран с дефицитом воды. Теперь, по их словам, у других ученых есть возможность развивать эту технологию или комбинировать ее с другими методами, такими как опреснение воды, для увеличения урожайности. Производство стекол с покрытием относительно просто, и возможно строительство водяных конденсаторов, которые больше, чем нынешняя пилотная система. Подобно тому, как солнечные элементы содержат несколько модулей, установленных рядом друг с другом, несколько водяных конденсаторов также могут быть расположены рядом, чтобы собрать крупномасштабную систему.
