Как из воздуха получить воду: Российские ученые разработали уникальную установку для получения воды — Российская газета

Содержание

Российские ученые разработали уникальную установку для получения воды — Российская газета

Уже в будущем году должен начаться серийный выпуск установок, способных напоить влагой засушливые регионы Крыма. Вообще дефицит воды — одна из главных проблем полуострова. После перекрытия Украиной Северо-Крымского канала в 2014 году вместо 400 тысяч орошаемых гектаров сельхозугодий здесь поливаются лишь 16 тысяч гектаров. В основном сады и виноградники.

Выход из ситуации и предложили ученые Всероссийского института механизации (ВИМ) сельского хозяйства. Ими создана установка, которая получает воду из атмосферного воздуха. Принцип работы знает каждый школьник: это конденсация горячего воздуха в холодной среде. Например, так на вентиляционных трубах холодных погребов летом оседают капли воды, а у входов в холодные пещеры влага висит на каменном своде.

В США сделали установку, которая дает 3 кубометра воды за 5 месяцев, российская столько же получает за сутки

Вроде бы, используя такой простой способ, можно создавать самые разные установки извлечения воды из воздуха. И учитывая острейший дефицит жидкости во многих странах — к примеру, в 2015 году 15 миллионов человек по этой причине покинули родные места — в ведущих лабораториях мира пытаются создавать «воздушные поилки». На исследования расходуются огромные деньги, скажем, такие изыскания финансирует Билл Гейтс.

— Мы начали разработки в 2016 году и сегодня опережаем иностранные аналоги, — рассказал «РГ» заведующий лабораторией ВИМ Сергей Доржиев. — В США, например, за 22 миллиона долларов сделали установку, которая дает три кубометра воды за пять месяцев, а мы столько же получаем примерно за сутки.

Доржиев подчеркивает, что в мире есть установки, которые извлекают воду из воздуха, но все они потребляют значительное количество электроэнергии. «Наша система полностью автономна. У нее ничего не крутится, не вертится, а вода вытекает. Можно ставить в пустыне, и она будет выдавать жидкость», — утверждает Доржиев.

Как устроен этот «родник»? В его верхней части установлен «завихритель». Его лопасти закручивают воздух и под прямым углом направляют в расположенный на глубине под землей блок охлаждения. Здесь находится труба Ранка, где воздух делится на два потока — горячий и холодный. Холодный поток идет внутрь теплообменника, чтобы поддерживать низкую температуру, а горячий — на поверхность теплообменника. Вот из него и получается вода.

«Воздушный родник», так называется экспериментальный модуль, способен получать до 1000 литров пресной воды в сутки, а более мощная установка «Редут» — до 20 000 литров. Правда, для всех установок такого типа есть ограничение. Они эффективны при температуре окружающего воздуха не ниже 25 градусов Цельсия и относительной влажности воздуха не менее 30 процентов.

По словам Доржиева, учеными создана линейка установок, которые могут работать в самых разных условиях, в частности, и при более низких температурах, и при потреблении электроэнергии. К разработке проявили интерес не только наши регионы, но и специалисты ближнего и дальнего зарубежья, она стала одним из «гвоздей» выставки проходившего в Сочи форума Россия — Африка.

Между тем

С проблемой нехватки пресной воды сегодня уже столкнулись более 80 стран. В государствах Ближнего Востока и Северной Африки как минимум последние 30-40 лет ведут поиск альтернативных источников влаги, пригодных для населения и сельского хозяйства. В Израиле и Объединенных Арабских Эмиратах до 80 процентов воды сегодня получают путем опреснения. В апреле 2014 года в Саудовской Аравии открылся крупнейший в мире завод, производящий 1 миллион кубометров воды и 2,6 тысячи мегаватт электроэнергии в сутки. При этом на опреснение страна ежедневно тратит до 1,5 миллиона баррелей нефти.

ИНФОГРАФИКА «РГ» / АЛЕКСАНДР ЧИСТОВ / ЮРИЙ МЕДВЕДЕВ

Как добыть воду из воздуха в домашних условиях

Хотите осушить воздух в доме? Время купить AWG – генератор воды из атмосферы.

В номере от 14 ноября в рубрике «Дом в тропиках» я рассказывал о том, как можно охладить помещение, не используя электрические приборы, то бишь без кондиционера и вентилятора. И заинтриговал вас обещанием поведать, как можно в условиях тропиков конденсировать воду из влажного воздуха, причем таким образом, чтобы она была пригодна для питья.

Итак, готовы узнать эту страшную тайну? Тогда еще немного ненадолго вернемся к уроку номер 1: помните, я предлагал в качестве одного из методов охлаждения использовать «холод земли», то есть охлаждать помещение с помощью холодного воздуха из самих недр. Так вот способ это, конечно, хороший, но в условиях тропиков весьма опасный, так как при таким раскладе в итак влажный воздух мы добавим сырости из-под земли. Но и это можно использовать во благо. И сейчас я расскажу, как именно. Есть такой волшебный прибор – AWG (Atmospheric Water Generator) – генератор воды из атмосферы. Он довольно распространен в Таиланде и примечтально, что с его помощью можно убить сразу двух зайцев: убрать влагу из воздуха, которым мы дышим, и добыть питье. Да-да, я не ошибся: сконденсированную воду можно пить!

Конечно, для скептиков это непростое испытание: проглотить то, что «выжал» какой-то аппарат из окружающей среды. Но на самом деле это очень распространенная штука, которая уже есть почти в каждом доме на Пхукете. Дело в том, что эту же функцию – конденсирования воды из атмосферы – выполняет и любой кондиционер. Охлаждая воздух в помещении, эйркон также может работать в режиме «забора лишней влаги». И те самые капли, что порой попадают на вас, когда вы проходите на улице под работающим кондиционером – это та самая вода из воздуха.

Так что все зависит от того, как вы хотите «взаимодействовать» с этим миром. Если вы не готовы перейти на альтернативные источники энергии, то можете продолжить использовать кондиционер, а конденсированную им воду направлять, к примеру, на поливку цветов в саду. Если же вы, как и я, увлечены тем, чтобы снизить энергопотребление, и хотите получать питьевую воду из воздуха, AWG – отличный помощник в этом.

Как получить воду из воздуха в экстремальных условиях

Как получить воду из воздуха в экстремальных условиях


С проблемой получения воды сталкивались многие, кому доводилось попадать в экстремальные условия. Путешественники нередко оказывались в ситуациях, когда поблизости нет ни реки, ни даже самого крошечного родника. Между тем, вода для человеческого организма важнее, чем пища, и если ее не добыть, то попавший в беду путешественник помощи может и не дождаться. Воду можно получить из воздуха. Она имеет свойство конденсироваться, и если построить специальное устройство, то за несколько часов удастся получить количество влаги, достаточное для поддержания жизнедеятельности организма. Предметы, необходимые для строительства конденсирующего устройства, любители экстрима обычно берут с собой в поход.

Вам понадобится:

  • лопата;
  • кусок полиэтилена или другого пластика;
  • трубка от капельницы;
  • несколько камней.


Инструкция

1. Для конденсации воды необходимо использовать солнечное тепло. Если положить на землю кусок полиэтилена, воздух под ним начнет прогреваться. Какое-то количество влаги в воздухе всегда есть, даже если давно не было дождя. Надо только эту воду забрать. Воздух, оказавшийся между землей и полиэтиленом, будет греться до тех пор, пока не насытится влагой так, что не сможет больше ее удерживать. Полиэтилен в любом случае будет холоднее находящегося под ним воздуха, а соответственно, капельки начнут оседать на полиэтилен. Если их станет много, они станут срываться и могут даже потечь небольшими ручейками. Поэтому надо построить для них ловушку.

2. Выройте яму диаметром примерно 1 м и глубиной около 0,5 м. На дно ямы поставьте ведро. Это и будет «ловушка» для воды. В ведро вставьте трубку от капельницы и выведите ее наверх. Трубка может быть и резиновой. Главное, чтобы она была достаточно длинной, не меньше расстояния между краем ямы и ведром. Если вы вставляете трубку сразу, то ее нужно чем-нибудь закрепить — например, положить на краю ямы камень и привязать к нему трубку. Но ее можно вставить и потом, когда все будет готово.

3. Расстелите над ямой кусок полиэтилена. Он должен не только полностью закрывать яму, но и основательно провисать, поэтому кусок нужен длиной 1,5-2 м. Короткие края его прижмите камнями. На середину полиэтилена тоже положите камень. Груз должен оказаться прямо над ведром.

Обратите внимание!

Вода сконденсируется не сразу. Нужно подождать примерно сутки, прежде чем наберется 0,5 литра. Но ведь можно сделать и несколько таких приспособлений, если есть полиэтилен или другой пластик. При этом ночью вода будет конденсироваться быстрее, чем днем, поскольку полиэтилен очень быстро охлаждается, а почва остывает гораздо медленнее.

Как получить питьевую воду из воздуха? | Мир вокруг нас

Для опреснения морской воды нужны значительные затраты электричества. К тому же оборудование таких установок стоит весьма дорого. Проекты по доставке из Антарктиды айсбергов (например, в Африку и в страны Европы) тоже очень затратные в части финансов. Реки и открытые водоемы использовать для подачи питьевой воды опасно из-за высокой степени их загрязненности промышленными и химическими веществами. Мир пришел к ситуации, когда великой драгоценностью становится обычная питьевая вода.

В странах Африки и Азии население вынуждено пить плохо очищенную от примесей воду. При этом сама очистка зачастую ведется устаревшими способами. В Китае, Индии и других перенаселенных странах вообще нет такого понятия, как качество питьевой воды.

Фото: Depositphotos

Острая нехватка питьевой воды заставила ученых искать пути решения проблемы. Путей этих несколько:

  • перевод промышленности на полностью замкнутый цикл водопользования;
  • ограничение аграрной сферы с посевами культур, нуждающихся в большом количестве воды;
  • сокращение расхода питьевой воды на бытовые нужды;
  • разработка и внедрение устройств по получению питьевой воды из воздуха.

Однако, если внимательно проанализировать исторические документы, выяснится поразительный факт. Оказывается, технология получения чистой воды из воздуха появилась много тысяч лет назад, но потом по ряду причин была забыта.

Главной причиной стало то, что в прежние времена острого дефицита питьевой воды не было. Так что строить относительно трудоемкие сооружения «отжатия» воды из воздуха не имело особого смысла. Хотя в некоторых засушливых местах их строили. Например, в Крыму. Археологи нашли эти сооружения, но долгое время не могли понять их предназначение.
Крым. Ручей в горах
Фото: Depositphotos

По своей сути это были генераторы воды. В скалах пробивали пещеры и в них в виде пирамид складывали камни. Пещеры втягивали в себя воздух снаружи и пропускали его через эти пирамиды. Воздух охлаждался и в виде капель оседал на камнях. Дальше капли собирались в вытекающие из пещер ручейки.

По мере освоения в Крыму подземных источников воды о древней технологии забыли — пещерные генераторы пришли в полное разрушение.

Похожая технология действовала и в других местах планеты. Достаточно было сложить (даже на открытом месте) пирамиды камней таким образом, чтобы они продувались воздухом. Капли оседали на самом низу и при наличии канавок в почве могли вытекать куда-либо. Скажем, под огородные растения или в кувшин. Все зависело только от размера и количества камней. Ну и, конечно, от степени влажности воздуха. Конденсат можно было собрать даже простейшим способом — подставив внутрь каменной пирамиды какую-либо емкость. При ее наполнении вода начинала стекать в канавки для полива. И. И. Шишкин, «Ручей в Гурзуфе», 1879 г.
Фото: artchive.ru

Изобретение моторов разного типа привело к тому, что древнейшая технология стала не нужна, поскольку каменные пирамиды отнимали часть земли и требовали усилий для поддержания в рабочем состоянии (из-за перепада температур камни трескались и со временем разваливались на части).

Достоверно известно, что в Феодосию и в некоторые другие города Крыма питьевая вода текла по керамическим трубам издалека. Это была чистейшая вода из конденсата. Остатки этих труб археологи еще находят.

Получается, что простейший кондиционер был придуман людьми в глубокой древности. Охлаждающим элементом в нем были камни. Вместо холода это устройство давало воду. Пещерные города Крыма (а их известно несколько) могли успешно отражать набеги кочевников, так как совершенно не зависели от того, где в горной местности найти источник воды. Кочевники же эту проблему так и не решили и отступали с лошадьми на равнину. Пещерные города пали только с появлением новых методов их осады.

Специалисты Крымского федерального университета придумали установку, которая работает по принципу конденсации воды из воздуха. Эксперименты ведутся недалеко от Фороса. Установка состоит из двух частей. Фактически это две большие секции полых трубок. В одну из секций поступает теплый воздух и направляется в секцию для охлаждения, зарытую в грунт на глубину примерно два метра. Здесь собираются капли конденсата и вытекают наружу водой, готовой к употреблению, так как, по сути, это обычная роса. Она слабо минерализована и не требует никакой очистки.

Аналогичные опыты ведутся и специалистами Ростовского федерального университета. Интересно то, что идея получения воды из воздуха стала уже международной. В Калифорнийском университете (США) ученые создали компактную опытную переносную установку. Основа установки — пористый гибридный материал нового типа, хорошо впитывающий в себя влагу. При насыщении конденсатом избыток влаги начинает стекать в емкость. За сутки установка в обычной комнате дает более литра питьевой воды, не требующей фильтрации. Влага впитывается преимущественно ночью, а отдается в основном днем, когда устройство нагревается солнечным светом и начинается активное выделение конденсата.

СМИ сообщают, что такие же опыты делаются и в других научных центрах мира. Видимо, в скором времени генераторы питьевой воды из воздуха станут вполне обычными в нашей жизни. Ведь всё новое — хорошо забытое старое. Разве не так?

Разработана автономная система получения воды из воздуха Water Seer

Новое устройство Water Seer, которое использует метод обычной конденсации для получения питьевой воды из атмосферы, может обеспечить до 11 литров чистой воды без привлечения внешнего источника питания, выбросов парниковых газов или неблагоприятного воздействия на окружающую среду.

Более того, это инновационное устройство может работать десятилетиями, обеспечивая поколения людей «жидким золотом» в тех районах мира, где суровый климат или отсутствие инфраструктуры создают проблемы для доступа к чистой питьевой воде.

Water Seer питается энергией от простой ветряной турбины и может стать первым шагом на пути к экологичному и надежному решению проблемы нехватки воды во всем мире. В разработке системы принимали участие VICI-Labs, Калифорнийский университет в Беркли и Корпус мира.

Устройство уходит вглубь земли на шесть или более футов, над землей закреплена вертикальная ветряная турбина, которая приводит в движение лопасти внутреннего вентилятора, направляющего воздух в подземную камеру.

Поскольку подземная камера Water Seer охлаждается окружающей землей, вода конденсируется в резервуаре, представляющем собой своего рода искусственный колодец, из которого люди могут получать чистую безопасную питьевую воду круглосуточно.

Недорогое устройство было разработано Vici-Labs в сотрудничестве с UC Berkeley и National Peace Corps Association в качестве возможного решения для 2,3 миллиона человек на планете, которые не имеют постоянного доступа к безопасной питьевой воде.

Читайте также: Велосипед-генератор снабдит дома электричеством, а графеновый кабель предоставит доступ к неисчерпаемым запасам геотермальной энергии, проект Billions in Change (видео)

Один конденсатор Water Seer может собрать до 11 литров чистой воды каждый день без внешнего источника питания, а несколько устройств могут обеспечить достаточное количество воды для жителей небольшой деревни.

Создатели проекта запустили кампанию на Indiegogo. За пожертвование в размере $268 организация установит от имени спонсора три системы Water Seer в развивающихся странах. Пока проект собрал чуть больше $5000 из заявленных $77 000, но у него впереди еще два месяца.

Прототип прибора уже был испытан, а разработка последней модели была завершена в августе 2016 года, полевые испытания с National Peace Corps Association начнутся, как только пройдет кампания по сбору средств.

Фильтрующие системы на основе конденсата не единственное решение проблемы нехватки воды. Инженеры, дизайнеры и ученые предлагают различные концепции — от сбора тумана и электромагнитного опреснения до наночипов и использования энергии солнца.

Источник: energy-fresh.ru

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Вода из воздуха – Огонек № 32 (5478) от 14.08.2017

Заметки о том, как израильский технологический стартап может вернуть мир всему Ближнему Востоку

Владимир Бейдер, Иерусалим

Говорят, что евреи научились делать деньги из всего, даже из воздуха. Вообще-то это нисколько не метафора: на днях автор этих строк побывал на заводе, где получение денег из воздуха — производственный процесс. Цепочка, правда, сложнее: из воздуха добывают… воду. А оборудование и технология, позволяющие это делать, приносят деньги.

Однако производители утверждают, что цель их не только в деньгах. Она, по словам главы компании Water-Gen Максима Пасика, менее коммерческая, более гуманитарная. Если по-простому — спасти мир.

Конечно, большой вопрос: по чину ли этот стартап компании в 40 человек из маленькой ближневосточной страны? Но сначала вопрос более простой: от чего этот мир надо спасать?

Меньше процента

Хотя водные пространства занимают 71 процент территории Земли, пресной воды в этом море-океане буквально капля — около 2 процентов. И больше половины ее — вообще не для людей: ледники на горных вершинах и льды Арктики и Антарктиды.

Остается менее 1 процента. Но и с этим одним не все в порядке. Две трети населения планеты испытывают дефицит пресной воды: где ее мало, а где она не пригодна или опасна для употребления, причем это часто одни и те же места. В некоторых регионах ситуация близка к катастрофе уже сейчас, а к 2035 году явление станет массовым.

По данным ВОЗ, в странах, которые сама она деликатно называет «развивающимися», 80 процентов болезней вызвано качеством питьевой воды и «нарушением санитарно-гигиенических норм водопотребления». По-простому — из-за того что пьют нечистую и моются в грязной воде, если вообще моются.

В Африке это уносит по 3 млн жизней в год, каждый день здесь умирает от антисанитарии 5 тысяч детей. Там положение вообще страшное: на большей части континента люди получают пресной воды в объеме 5 процентов от минимальной нормы, полмиллиарда человек живет без очистных сооружений. В Индии — второй по численности стране — водопроводные и канализационные коммуникации зачастую работают, как сообщающиеся сосуды (воды великого Ганга, например, опасны, как бактериологическое оружие). А вода в наших унитазах чище той, что пьют во многих странах «третьего мира».

Но дело не только в гигиене и здоровье. Нет воды — нет и еды. Всего на 5 процентов сельхозугодий в мире хватает стоков рек и озер, в регионах с жарким климатом без полива не вырастить урожай. А страны с наибольшим приростом населения и наименьшими водными запасами расположились почему-то как раз на жаре. Хотя и в умеренном климате без больших расходов воды никуда — ни силос заквасить, ни свинарник очистить, ни рыбу в пруду развести.

По общемировой статистике, на бытовые нужды уходит всего 10 процентов пресной воды, 20 процентов забирает промышленность. А больше всего — 70 процентов потребляемой пресной воды — расходуется на сельское хозяйство. Причем вода ему нужна хорошая — чистая. Не будет ее в необходимых количествах — не будет и продуктов. За дефицитом воды — дефицит продовольствия, разорение крестьянства. За этим не только экономические, но и демографические, социальные и даже политические проблемы.

«Вода в XXI веке будет играть такую же роль, как в ХХ — нефть»,— утверждает один из ведущих специалистов в США по проблеме водных ресурсов, глава организации Global Water Policy Project Сандра Постель. Ее мнение отнюдь не экстравагантно, его разделяют многие ученые и общественные деятели.

Аналогия довольно точна: вода — такой же крайне необходимый всем и имеющийся не у всех ресурс, потребность в котором все возрастает, а запасы иссякают. И за доступ к нему будет вестись борьба и вспыхивать войны. А страны, располагающие этим ресурсом, смогут навязывать свою волю, капризы и цену, в том числе и политическую, тем, кто этим природным богатством обделен. Лишнее здесь только будущее время: все это уже есть сегодня, хотя масштабы еще не столь глобальны, чтобы общественное сознание прониклось произошедшей переменой.

Причинно-следственные связи

Ближнему Востоку, где в течение «века нефти» некоторые страны достигли невиданного процветания и влияния, несоразмерного собственной величине и силе, за счет богатства недр, наступление «века воды» грозит особыми потрясениями, которые уже начались. Смена веков означает для них смену вех.

С нефтью и газом в регионе сильно лучше, чем с водными ресурсами. Здесь проживает около 5 процентов населения планеты, но на них приходится всего 0,09 процента запасов пресной воды. На высушенных палящим солнцем пространствах Ближнего Востока люди издревле селились, образовывали государства. Но только там, где находили источники, колодцы и водоемы. Когда вода иссякала, покидали эти места и люди. Так что войны за воду здесь явление традиционное. Катаклизмы из-за воды — тоже.

Видный американский востоковед, президент исследовательского центра «Ближневосточный форум» Даниэль Пайпс, анализируя последствия и перспективы «водного стресса» на Ближнем Востоке, приводит прогноз высокопоставленного иранского политика Иссы Калантари, согласно которому до 70 процентов иранцев (а это 55 млн человек) придется покинуть страну из-за нехватки воды. Основания для прогноза убедительны: крупнейшее в регионе озеро Урмия обмелело на 95 процентов; река Заянде, на которой стоит третий по величине город страны Исфахан, в 2010 году пересохла окончательно; в более двух третей городов Ирана вода поступает дозировано, с перебоями; в тысячи деревень завозится автоцистернами.

В Ираке морская вода из Персидского залива вытеснила пресную в реке Шатт-эль-Араб на слиянии Тигра и Евфрата с площадью водного бассейна в миллион квадратных километров. Это уничтожило здесь рыболовство, животноводство, посевное земледелие. Уровень воды в Евфрате к 2011 году снизился вдвое. Урожайность ячменя и пшеницы упала на 95 процентов, число финиковых пальм — основной иракской культуры — сократилось с 33 до 9 млн деревьев. Песком заносит целые деревни, покинутые жителями из-за нехватки воды.

В Сирии правительство Асада (еще отца) в 1988-2000 годах потратило 15 млрд долларов на ирригационные проекты, пишет Пайпс. Но они оказались неудачными: к 2008 году почти все из 420 тысяч пробуренных скважин пришли в негодность, общий объем водных ресурсов в стране уменьшился вдвое, и на столько же упал урожай зерна.

В результате к 2008 году 250 тысяч сирийских фермеров покинули свои земли, а в 2009-м проблемы с водой лишили рабочих мест более 800 тысяч человек. К 2010-му древние оросительные системы в окрестностях города Ракка, позже прославившегося как столица «Исламского государства» (запрещенного в РФ), окончательно вышли из строя, подземные источники воды иссякли — и сотни деревень оказались заброшенными, так как сельскохозяйственные угодья превратились в пустыню с растрескавшейся землей, а скот вымер…

Обратите внимание на хронологию и географию. Экологический коллапс, приведший к демографическому и социальному кризису, разразился не просто до, а непосредственно перед возникновением «Исламского государства», которое теперь принято считать основным фактором нестабильности Ближнего Востока и главной угрозой миру. А возникло ИГ именно там, где масштабы водного кризиса поразили огромные территории, вызвав повальное разорение крестьян и миграцию их в города,— в Ираке и Сирии.

Трудно не увидеть связь между этими двумя явлениями, так неслучайно совпавшими по времени и месту. Скопления обнищавших, лишенных средств к существованию, привычной среды и занятий, корней и перспектив, обозленных крестьян, оказавшихся в негостеприимных, чужих им городах, стали благодатным материалом для вербовщиков ИГ, обеспечив внезапно возникшему халифату взрывную массовость, вирусную популярность, фанатичную одержимость и невиданную жестокость. Тебя всего лишили, у тебя ничего нет? Так приди и возьми, во имя Аллаха!

Возникло ИГ именно там, где масштабы водного кризиса поразили огромные территории, вызвав повальное разорение крестьян и миграцию их в города,— в Ираке и Сирии

Мне бы хватило и собственноручно выстроенной логической цепочки, но оказалось, что ее можно подтвердить мнением авторитетных ученых. Автор опубликованного в 2015 году доклада ООН о состоянии водных ресурсов в мире Ричард Коннор считает, что ключевую роль в сирийской войне сыграла беспрецедентная засуха, которая в 2006-2009 годах охватила территорию бывшей Месопотамии (а это прежде всего Ирак и Северо-Восточная Сирия) и привела к драматическому повышению цен на пшеницу, соответственно — на муку и хлеб. Именно засуха вынудила 1,5 млн человек переселиться из сельской местности в города, где уже разгорался протест против режима Башара Асада. И эти люди стали той «соломой», без которой не занялся бы сирийский конфликт.

Более того, Коннор считает, что засуха и сопровождающие ее крупные пожары, но на этот раз уже в России в 2010 году, разожгли «арабскую весну». Россия является крупным поставщиком пшеницы в арабские страны, поясняет ученый, а из-за неурожая там цена на муку у них выросла вдвое, что и породило возмущение в обществе властной верхушкой. Именно потому протестные акции стали массовыми.

В общем, то, что Обама радостно принял за стремление египетского народа к демократии (и сдал толпе проамериканского президента Мубарака, вызвав эффект домино), было на самом деле требованием вернуть привычные две питы в день, на что у египетской казны просто стало не хватать денег.

И это яркое свидетельство глобальности современного мира: колодцы иссякли в Месопотамии, леса горели в России, отдышку за оргазм демократии принимали в Вашингтоне, а взорвался весь Ближний Восток: невесть откуда взявшиеся беженцы затопили Западную Европу…

Выстраданный опыт

Единственная страна региона, где вода из кранов течет бесперебойно, а последствия страшной засухи не привели к драматическим потрясениям,— Израиль. Но не потому, что водная проблема его чудесным образом обошла, а потому что евреи со свойственным им умением выживать в любых условиях сумели к ней приспособиться и в масштабах одной отдельно взятой страны — своей — разрешить. Это особый сюжет (см. «Контекст»), однако не меняющий общей тенденции — удручающей и глобальной.

Так что, нет решения? Уже упомянутый мною в самом начале этих заметок Максим Пасик считает, что есть. И это решение у него в руках: самый обильный, неиссякаемый, чистый и доступный в любом месте источник воды — воздух.

…В промзоне приморского Ришон-ле-Циона стояла жара хорошо за 30. Я взопрел, пока прошел метров сто от машины до заводской лаборатории под прохладу кондиционера. Меня подвели к аппарату, похожему на кулер (в Израиле гостю первым делом предлагают попить), налили воды. Она была холодная и вкусная. А Максим стал объяснять, откуда она там взялась.

Объяснения не сложные. И «кулер», из которого мне дали напиться, и кондиционер, под которым я переводил дух после уличного пекла,— родственники. Оба они всасывают окружающий воздух. Оба охлаждают его до заданной температуры. Дальше начинаются различия.

Кондиционер выпускает в помещение холодный воздух — и на этом он свою функцию выполнил. В процессе охлаждения в нем образуется вода. Это происходит потому, что по мере понижения температуры часть перерабатываемого воздуха доходит до «точки росы», при которой пары влаги конденсируются до жидкого состояния), но для кондиционера она побочный продукт, отходы производства (по дренажной трубке сливается прочь). А вот в кулере именно вода — цель процесса. По самой простой схеме, на которой и строились все предыдущие попытки получения воды из воздуха (а их была масса), можно гонять его по системе охлаждения до тех пор, пока вся содержащаяся в нем влага не конденсируется. Загвоздка одна: если использовать обычную схему кондиционирования, это потребует таких затрат, прежде всего энергии, что стакан придется продавать по цене коньяка.

В установках, которые представляет Максим Пасик, используется тот же принцип, но путь оптимизирован, а к выходу конечного продукта воздух готовят с самого начала цикла. Поступая в аппарат, он проходит через систему специальных фильтров для очистки от вредных элементов. Выигрыш начинается уже здесь — воздух чистить легче, чем воду, а ряд опасных примесей (например, тяжелые металлы) удалить из нее зачастую вообще невозможно.

Теперь очищенный воздух надо довести до «точки росы»: чем выше влажность и ниже температура, тем она ближе. К заветной точке идут с двух сторон — охлаждая и увлажняя одновременно, уже с момента фильтрации. Преобразователь, который и является главным ноу-хау придуманной технологии, позволяет достичь «точки росы», остудив воздух всего на 3 градуса вместо 18 при обычных условиях. Это и обеспечивает экономию энергии, делающую весь процесс рентабельным. Полученную воду аппарат еще раз очищает до состояния дистиллированной, обогащает минералами и собирает в водосборник. Когда он заполнен, выработка воды прекращается, но сама она продолжает циркулировать, потому что стоячая, как известно, портится.

Вот, собственно, и все. Дальше — вопрос масштабирования: есть малая установка (производит до 25 литров в день и подходит для квартиры, офиса, школьного класса), есть средняя (вырабатывает до 800 литров в день, питается как от сети, так и от генератора или солнечных батарей, ее можно доставить на внедорожнике в любую точку), есть большая (мощностью 6000 литров в сутки).

Большая — это величиной с хороший платяной шкаф (бак для воды находится отдельно) модульная система. Можно выстроить батарею из таких модулей — сколько угодно, с одной общей емкостью для произведенной воды или несколькими, по потребностям. Такие модули годятся для полного обеспечения водой жилых многоэтажных домов, офисных зданий, торговых и развлекательных центров, стадионов и площадей — ровно столько, сколько требуется именно этому объекту и его обитателям. Установленные на крыше в сочетании с солнечными батареями, они обеспечат легко и относительно дешево воплощение идеи «зеленого дома». Но и с питанием от электричества они дадут немалую экономию. Основную часть воды можно вырабатывать ночью, когда нагрузки на сети низкие, электроэнергия дешевле, а влажность воздуха выше — значит меньше потребуется затрат на заполнение резервуаров.

Мы в состоянии обеспечить водой всех — от каждой семьи до целой страны — любой. У воды нет национальности, а у нашего метода нет ограничений. Мы изменим мир!

Однако главная экономия от массового распространения такой технологии — кардинальное удешевление строительства и эксплуатации: отпадает нужда в прокладке подземных коммуникаций (по крайне мере, водопроводных), их ремонте и замене. Никаких труб, коллекторов, водохранилищ, насосных станций и водонапорных башен. Создаются полностью автономные системы. Каждому — по потребностям, как при коммунизме, который нам обещали, но мы до него не дожили.

Впрочем, молодое поколение, к которому принадлежит Максим Пасик (его привезли из Херсона 13-летним), и не знает, что была такая мечта. Он говорит о своей без всякой ссылки на эту:

— Мы в состоянии обеспечить водой всех — от каждой семьи до целой страны — любой. У воды нет национальности, а у нашего метода нет ограничений. Мы изменим мир!

Чистой воды шанс

Это была только цитата. Скепсиса по поводу любых панацей у меня не меньше вашего. Весь вопрос в масштабах, замахе, амбициях и экономической обоснованности. Последняя — достигнута. Стоит отметить: сама идея получения воды из воздуха — не революционная. Фокус заключался в том, чтобы создать технологию и оборудование, позволяющие получать воду с наименьшими энергозатратами.

Разработчик прорывной технологии Арье Кохави бился над этой проблемой еще в армии. Он командовал ротой в разведке и на собственной шкуре знал, что для солдат в глубоких рейдах на вражеской территории самая тяжелая ноша — и в прямом, и в логистическом смыслах — обеспечение себя водой. Выйдя на гражданку, занимался поиском решения 20 лет — и получилось: в 2009-м он создал стартап компанию (его устройства предназначались для армии и ею вначале ограничивались), а в 2014 году Water-Gen вошла в число 50 инновационных компаний мира — вместе с Google, Apple, Facebook и прочими гигантами.

Кохави стал звездой, как положено ему по фамилии, которая в переводе и означает «Звездный». С известностью пришли инвестиции: год назад контрольный пакет его стартап компании приобрел крупный холдинг. Так появился совсем иной уровень возможностей и амбиций: появление крупных модульных установок выстраивает совершенно новые горизонты.

Уже заключены крупные контракты с Индией, Китаем, Вьетнамом, Бразилией, Мексикой, Аргентиной, Филиппинами, США. Ведутся переговоры с Турцией, есть планы и в отношении России. Об арабских странах вслух не говорят — это не принято афишировать. Конечно, для израильтян важно, чтобы избавление строптивых соседей от водной беды пришло от них. Но еще важнее другое: чтобы оно пришло вообще. Пусть растят хлеб, пасут овец, улучшают свою землю и свою жизнь, а не воюют друг с другом, косясь на «сионистского врага» и устраивая теракты.

Избавление Ближнего Востока от его главной, реальной, а не выдуманной проблемы дает миру шанс. Еще один. Он исходит не от политиков, а от инженеров и бизнесменов, и это внушает дополнительную надежду. Потому что у политиков не получается никак…

Если в кране есть воды…

Почему Израилю не страшна засуха

Поиски воды, борьба за воду, войны за нее для региона привычны, и Израиль обречен на них от рождения. Всеизраильский водовод, проходящий через всю страну с севера на юг, треть воды получал из единственного пресноводного водоема — озера Кинерет, оно же — Тивериадское, или Галилейское море.

К концу прошлого века озеро стало стремительно мелеть. Из него брали больше, чем приходило. Сведения об уровне воды в Кинерете передавались в новостях, как сводки с фронта. Израиль стоял на пороге водной катастрофы.

Это стало общенациональной тревогой. Развернулась беспрецедентная кампания по экономии воды в быту. Детей в детсадах приучали мыть руки тонкой струйкой, дома они третировали родителей, когда те открывали кран по полной: «Кинерет высыхает!» Автовладельцев отучили мыть самим свои машины навсегда. Хозяев палисадников уговаривали поливать их не чаще раза в неделю. Высчитали, сколько можно сохранить воды, если сократить процедуру утреннего душа на пять минут. Толку от этой борьбы, конечно, не было и быть не могло. На бытовые нужды расходуется всего 10 процентов воды. Зато 70 — на сельское хозяйство. Взялись и за него.

Серьезно обсуждалась идея сворачивания сельского хозяйства как отрасли. Аргументы выдвигались веские: в аграрном секторе занято всего 4 процента населения, он приносит меньше 2 процентов поступлений от экспорта, если не считать продажи технологий, а съедает львиную часть потребляемой воды. Легче покупать и завозить продукты, чем самим растить в перспективе водного кризиса. Тогда как раз мощно вышли на европейский рынок израильские цветоводы — экспортировали даже тюльпаны в Голландию. И похвастались этим. Их шельмовали: это все равно, что экспортировать воду! Кинерет высыхает, а мы у себя растим цветочки для полноводной Европы?

Логика во всем этом была. Сердца не было. Сельское хозяйство на святой земле — это израильский подвиг. С этого начинался сионистский проект, благодаря этому состоялся. Отказаться от него — как отказаться от символа, от воплощенной мечты. Как зарезать священную корову в Индии, сдать в аренду Кремль в Москве. Но нож уже был занесен.

В 2000-м нынешний министр обороны Авигдор Либерман, тогда занявший свой первый министерский пост — министра инфраструктуры, устроил русскоязычным журналистам поездку на Всеизраильский водовод и по дороге рассказывал о планах возить воду танкерами из Турции. Отношения с турками тогда были идеальными — Эрдоган еще не пришел, но все равно это вызвало шок — настолько плохи дела? Однако до новой османской зависимости не дошло. Именно в то время и тот же Либерман инициировал решение о масштабном строительстве системы опреснительных заводов и очистки сточных вод. И провел его.

Это была революция, которая стала заметна только через несколько лет. Ближневосточная засуха 2006-2009 годов, результатом которой стало разорение 1,5 млн крестьян только в Сирии, «арабская весна» и обрушение нескольких государств, не могла обойти стороной Израиль. А последствия — обошли. Израильтяне открывали кран, и оттуда в любое время суток текла чистая, пригодная для питья вода.

К тому времени уже работала часть опреснительных заводов. Благодаря им зависимость страны от капризных и скудных естественных ресурсов кончилась. Сегодня Израиль — мировой лидер по масштабам опреснения и очистки. 80 процентов воды для бытового потребления — опресненная, до 90 процентов сточных вод очищается для вторичного использования, и спасенное от закрытия сельское хозяйство использует только ее. На втором месте после Израиля по этому показателю Испания — там очищают в пять раз меньше.

Владимир Бейдер

Технологии получения воды из воздуха (конденсат)

Увидев сегодня с утра обилие росы на своей грядке, я подумал — ОК, вот сейчас у меня есть скважина с чистейшей водой, а что если мне в дальнейшем захочется жить где то в глухом месте на склоне горы в Филиппинах с видом на океан, как быть с водой? Ведь бурение скважины в гористой местности задача проблемная, иногда и 100 метров бурят, а воды нет — куча денег на ветер. Завоз воды тоже удовольствие недешевое.

Эта водяная башня в Африке собирает до 100 литров воды в день — ночью тепло от земли поднимается вверх, влага конденсируется на сетке из полиэстера, и стекает в емкость


Итак, потребность в воде можно разделить на 2 категории — 1) для стирки, купания, мытья; 2) для питья. С первой категорией все просто — сбор дождевой трубы с ската крыши по водостокам в емкость (главное чтобы скат был достаточной площади). А оттуда уже качать обычным насосом в дом, никаких проблем поставить автоматику чтобы кран открыл — вода пошла — схема автоматики у меня уже откатана, в моем домике. Плюс подогрев проточным нагревателем на 6-7 Квт — также хорошо себя зарекомендовал, и экономно, при умеренном использовании.

А вот как быть с питьевой водой? К счастью, есть технологии получения воды прямо из воздуха. Я тут покопался в различных источниках, и удивляюсь насколько все таки раньше были умные люди, уже тысячи лет назад существовали такие технологии получения воды из воздуха, что только диву даешься. А еще убеждаюсь что нет плохих мест для проживания (кроме экологически загрязненных), есть только мало знаний. Например добыча воды из воздуха работает на ура в горах (т.к. там повышенная влажность, хорошие потоки воздуха на возвышении), и в пустыне — где разница температур в земле и в воздухе велика, и вода добывается на раз-два (смотрел израильского изобретателя конденсационной трубы в пустыне, прототип древнего сооружения по добыче воды из воздуха).

Многие не берут участки в горах из за их проблемности в плане водоснабжения, поэтому такие участки стоят дешево. А кому то, кто обладает знаниями и руки на месте, это только на руку 🙂

Варианты получения воды из воздуха

Можно конечно тупо поставить ведро под кондиционером, но рассмотрим более правильные варианты 🙂 Например самый простой, практически без вложений — выкопать яму, над ней установить раму с натянутым на нее полиэтиленом, так чтобы она была под небольшим углом. Внизу рамы желоб для сбора воды, и самотеком в емкость (ведро или др.). Физика простая — полиэтилен нагревается лучами солнца, а в яме всегда температура ниже чем на поверхности, а тем более нагретом полиэтилене. Точка росы и т.д. С литр воды получить можно от ямы 1х1 м. (вообще в источнике указано было 0.5 литров, но я живу у моря и здесь воздух влажный, поэтому накинул). Мало? Можно сделать траншею 1 м шириной и длиной 10 м. Уж 10 литров питьевой воды в день думаю будет достаточно.

Вариации подобного способа может быть множество. Здесь положили камень на пленку, чтобы позволить влаге свободно стекать вниз в ведро. Но можно усовершенствовать конструкцию.

Есть еще другие методы получения питьевой воды из воздуха, но там уже задействуются доп. источники энергии (например чтобы принудительно создать поток воздуха через контур, или гонять компрессором хладагент, и др. — в зависимости от технологии). Но хочется получать воду исключительно нахаляву 🙂 Поэтому затратные варианты не рассматриваются.

Пирамида из камней

Довольно интересный способ получения воды из воздуха, который с куба камней (как обещано в одном источнике), обещает получать около 100 литров воды в сутки. Кстати для справки — в 1 кубе воздуха температуры 30 гр. содержится около 25 мл. воды. Правда в источнике не указывалось в какой местности производились эти замеры и при какой влажности воздуха. Тем не менее это дает нам возможность понять хотя бы примерно, какой объем нужно прогнать через пирамиду из камней, чтобы сконденсировать заявленное количество воды.

Пирамида из камней для получения воды из воздуха

Я прочитал с тройку отзывов людей, которые сделали себе такие пирамиды, и еще одно видео, приложу ниже. Если честно, сделано абы как, не соблюдено много условий. Поэтому все они жалуются что пирамида не работает.

Еще нашел в сети драгоценный комментарий человека, который построил пирамиду из камней, реально работающую:

«Во время восстановления Спитака вопрос воды стоял остро. Из рек нельзя — там трупов людей и животных было намеренно. С гор воду не возьмешь — мародеры растащили трубы. Вышли из положение так — на возвышенности ложили лист железа, в середину насыпали песок, затем гальку, потом камешки, камешки обкладывали булыжником, сверху были булыги крупных размеров. Через час пошла струйка воды — молотом сделали русло и забыли. За сутки естественный накопитель влаги мог набрать до тонны воды. И это при ясной погоде — при тумане, или дожде воды было море — чистой, очищенной.»

Выделим ключевые факторы:

  1. Пирамида установлена на возвышении. Очевидно потому что на возвышении стабильно присутствуют потоки воздуха, чего не скажешь о низине. 
  2. Лист железа. Как известно на металле влага конденсируется лучше.
  3. Уменьшение фракции инерционного материала сверху вниз. Песок вниз ложится очевидно для того чтобы он мог удерживать влагу.
  4. Гористая местность, повышенная влажность. Как известно Армения — это субтропики. Например я живу близко к субтропикам и летом может быть днем жарко, а ночью подзамерзаешь.

Далее автор комментария добавил — что лист железа стандартный, 1.5 х 3 м. (из этого можно сделать примерно вывод о объеме горки из камней), воздух очень влажный и туманы. И что тона воды в сутки — это правда, и можно убедиться в этом приехав в совхоз Карахольский, где эта «установка» работает.

Как я понимаю, данная пирамида активно работает именно ночью, когда за день камни нагреваются от солнца, а ночью холодный воздух при активное его токе на возвышении, проходя через эту груду камней конденсируется. Камни обладают большой теплоемкостью, и я думаю они могут быть теплыми чуть не всю ночь, тем более если груда камней достаточно большая.

Автор также не написал, но я думаю что все камни, как крупные так и мелкие, должны быть округлыми, без острых краев, и в идеале — гладкими. Для того чтобы сконденсировавшаяся на них влага, могла свободна стекать вниз.

Делитесь также своими соображениями в комментариях ниже. А я пока еще подумаю над вариантами. Удачного всем дня, и добычи воды 🙂

А да, как обещал вот это единственное видео с пирамидой из камней. Можно убедится что ни одно из вышеуказанных условий не соблюдено, поэтому автор поспешил с утверждением что «не вся информация в интернете правдива». Просто не все делают как надо, и нужно уметь учитывать множество нюансов. Да и не в каждой местности она будет работать — увы и ах, как говорится.

https://youtu.be/VBu45dZ1DYE

 

Вот самые передовые методы извлечения большого количества воды из воздуха

Извлечение воды из воздуха может показаться волшебством, но эта технология вполне реальна. На самом деле, это могло бы быть просто одним из самых важных нововведений за последние несколько десятилетий, если опасения по поводу нехватки воды в будущем действительно верны.

И такие технологии не могли появиться раньше. Плохие стратегии управления водными ресурсами, растущее население, геополитика, а также естественные и антропогенные изменения окружающей среды — все это способствует тому, что в некоторых районах запасы питьевой воды становятся критически низкими.Проблема будет только усугубляться: по некоторым оценкам, к 2050 году 87 стран будут испытывать нехватку воды. Человеческая изобретательность, возможно, уже обеспечила частичное решение нависшей проблемы.

Как можно извлекать воду из воздуха?

Устройства для получения воды из воздуха, также известные как генераторы атмосферной воды (AWG), представляют собой технологические элементы, способные с помощью различных методов эффективно конденсировать водяной пар из окружающего, обычно влажного воздуха.Способы достижения этого различаются, но в большинстве случаев процесс конденсации используется для охлаждения, конденсации и последующего сбора жидкой воды.

Из существующих технологий большинство систем, как правило, работают аналогично кондиционерам, но не все. Используя нагревательные/охлаждающие змеевики, эти машины снижают температуру воздуха, чтобы охладить воздух ниже точки росы водяного пара и превратить его в жидкую воду.

Источник: gerlos/Flickr

Существуют и другие методы, включая использование осушителей или давления для достижения той же цели.

Как бы то ни было, эти устройства отличаются от аналогичных машин, таких как осушители, тем, что их основной задачей является удаление воды из воздуха для получения питьевой воды.

Такие машины имеют решающее значение в регионах мира, где чистой питьевой воды мало или ее очень трудно получить. Хотя большинство устройств AWG могут извлекать лишь небольшое количество питьевой воды, это намного лучше, чем отсутствие возможности получать безопасную воду на небольшом расстоянии от вашего дома.

Устройства, как правило, попадают в один из двух лагерей — с пассивным забором воды и с принудительным или силовым приводом.Первый тип, как правило, полагается на естественные перепады температур, а не на усиление проблемы с использованием внешнего источника питания.

Несмотря на то, что на сегодняшний день существуют очень сложные примеры, технология извлечения воды из воздуха на самом деле относительно старая. Например, мы знаем, что инки могли поддерживать свои города выше линии дождя, собирая росу и направляя ее в цистерны для последующего сбора и распределения с помощью элементарных водных изгородей. (о них позже).

Еще одним интересным историческим примером является то, что называется «воздушная скважина». Конструкции этих структур сильно различаются, и метод является полностью пассивным, не требующим внешнего источника энергии или движущихся частей.

Один интересный пример был разработан русским инженером Фридрихом Зибольдом примерно в 1900 году. Вдохновленный загадочными грудами древних камней возле разрушенного города Феодосия, Зибольд решил проверить свою гипотезу о том, что это были древние конденсаторы воды из воздуха.

Было обнаружено, что каждая груда древних камней покрывает примерно 9700 футов (900 м2) и связана с остатками терракотовых труб, которые, по-видимому, вели к колодцам и фонтанам в древнем городе. Зибольд пришел к выводу, что, должно быть, существовал какой-то древний метод пассивации сбора воды, и приступил к созданию современного примера, чтобы проверить свою гипотезу.

Его строительство было завершено примерно в 1912 году, и, как утверждалось, он мог производить около 360 литров воды в день — но никаких официальных данных не известно.Позже на базе произошла утечка, и эксперимент был завершен в 1915 году, прежде чем ее частично снесли. Это место было заново открыто в 1993 году и отремонтировано, но оказалось, что оно дает значительно меньше воды, чем предполагалось изначально.

Какие примеры технологии получения воды из воздуха можно привести?

Выше мы уже коснулись нескольких старых примеров, но современные генераторы произвольной формы имеют тенденцию быть более сложными. Вот несколько ярких примеров.

Этот список далеко не исчерпывающий и не имеет определенного порядка.

1. Сила жука может быть секретом

Источник: Solvin Zanko/Minden Pictures

Интересно, что, как и многие вещи, изобретаемые людьми, природа обычно опережала нас в этом. Например, когда дело доходит до извлечения воды из воздуха, у пустынного жука Stenocara gracilipes есть элементарный, но эффективный механизм для выполнения этой, казалось бы, невыполнимой задачи.

Эти маленькие существа обитают в одном из самых засушливых и негостеприимных мест на Земле — в пустыне Намиб.В ответ они разработали стратегию извлечения воды из воздуха с помощью действия, называемого «греться в тумане» — поведение жука, при котором он наклоняет свое ухабистое тело к ветру, позволяя каплям воды конденсироваться из тумана на его тело.

Эти капли затем стекают по надкрылью жука и направляются ему в рот. Эта стратегия невероятно эффективна и привлекла внимание ученых, пытающихся найти полезные методы обеспечения чистой водой сообществ по всему миру, испытывающих нехватку воды.

Изучая анатомию жука в мельчайших деталях, группа ученых попыталась воспроизвести структуру его брюшка с помощью 3D-печати. Они обнаружили, что чем меньше выпуклости и чем больше их количество, тем лучше поверхность удерживает влагу — короче говоря, больше площадь поверхности.

Но это была только часть истории. Команда обнаружила, что поверхность работает лучше всего, когда любая сконденсировавшаяся вода быстро стекает — именно в этом суть процесса с точки зрения жука.

Если эту технику можно будет дополнительно усовершенствовать и улучшить, а также масштабировать, теоретически ее можно будет использовать для обеспечения высокоэффективного пассивного метода обеспечения чистой водой некоторых мест по всему миру с дефицитом воды.

2. Генератор атмосферной воды компании Tsunami Product может производить сотни галлонов воды. Они надеются, что это может помочь миллионам калифорнийцев получить доступ к чистой воде за копейки на доллар.

Пример системы принудительного конденсаторного типа, это устройство работает аналогично кондиционеру. На сегодняшний день примеры их устройств были установлены в домах, офисах, ранчо и других зданиях для осушения воздуха, извлечения водяного пара, а затем его фильтрации для питья.

Согласно данным производителя, устройство работает, втягивая воздух «через серию конденсирующих змеевиков, где водяной пар охлаждается в достаточной степени, чтобы достичь точки росы. Это преобразовывает водяной пар в капли.»

Каждый блок затем пропускает воздух и воду через серию специально запатентованных экстракционных камер, которые имеют ряд функций для дальнейшей конденсации воды. Затем вся жидкая вода фильтруется на наличие потенциальных загрязнителей (таких как патогены, пыльца, д.), а затем собирается в специальный резервуар для хранения, готовый к розливу. 

Устройство лучше всего работает в районах с высокой влажностью, например, в туманных районах или на побережье, и, в зависимости от размера устройства, оно способно производить от 200 до 1900 галлонов (900 и 8600 литров) воды в день.

К сожалению, эти устройства недешевы и стоят от 30 000 до 200 000 долларов. в зависимости от их мощности. Но это только начало финансовых затрат потенциального владельца.

Устройство также потребляет много энергии. Однако в сочетании с чистым источником энергии, таким как массив солнечных батарей, работа и углерод, затраты на машину можно сделать более разумными.

3. Рыбалка в воде туманными сетями

Источник: Pontificia Católica de Chile/Flickr

Еще один интересный метод извлечения воды из воздуха — использование тонких сетей.Этот простой метод, обычно возвышающийся над уровнем земли на столбах, используется как в сельском хозяйстве, так и для сбора питьевой воды.

Также известные как противотуманные сетки, такие устройства могут быть изготовлены из ткани из полиэтиленового волокна, которая улавливает конденсат из проходящего водяного пара. Затем сконденсированная вода направляется в сборные сосуды под сеткой.

Будучи полностью пассивными, противотуманные сети способны производить лишь относительно ограниченное количество воды и обычно жизнеспособны только в туманные дни.По этой причине этот метод обычно ограничивается горными районами, где теплый влажный воздух поступает с побережья вверх по крутым склонам и охлаждается, образуя густой туман.

Однако несколько лет назад исследователи из Университета Акрона, штат Огайо, совершили прорыв в этой технологии, которая могла значительно повысить эффективность таких систем. Они сделали сети из электропряденых полимеров, которые были запутаны вокруг фрагментов вспененного графита — что-то вроде спагетти, намотанных на маленькие фрикадельки.

Этот метод значительно увеличивает относительную площадь поверхности сетки, что позволяет конденсировать гораздо больше воды на поверхности для сбора. Система настолько эффективна, по словам ее создателей, что может производить до 180 литров воды на квадратный метр каждый день. Для сравнения, обычная противотуманная сетка обычно может производить около 30 литров в день.

4. У DARPA есть интересный метод извлечения воды из воздуха в работах

Источник: The U.S. Army/Flickr

В настоящее время DARPA разрабатывает метод извлечения из воздуха количества воды, которого можно было бы ежедневно снабжать 150 солдат. Эта технология, получившая название Atmospheric Water Extraction (AWE), будет использоваться для обеспечения питьевой водой ряда «военных, стабилизационных и гуманитарных нужд за счет разработки небольших, легких, маломощных, распределенных систем, которые извлекают питьевую воду из атмосфера для удовлетворения потребностей в питье отдельных лиц и групп, даже в чрезвычайно засушливом климате.»

Находясь на стадии разработки, текущие предложения включают разработку масштабируемого сорбирующего материала, который сможет быстро извлекать воду из воздуха в максимально легком и энергоэффективном устройстве. 

Согласно DARPA, «AWE будет решать водные потребности по двум направлениям: экспедиционному и стабилизационному. Экспедиционная часть обеспечит достаточным количеством питьевой воды отдельного бойца, при этом параметры SWaP ограничены необходимостью мобильности и работы в суровых условиях.Стабилизирующее устройство обеспечит ежедневную потребность в питьевой воде примерно 150 человек (т. е. компании или гуманитарной миссии), при этом требования SWaP будут адаптированы к ресурсам, доступным для миссий такого масштаба».

5. Этот генератор атмосферной воды помогает принести воду в некоторые из самых засушливых мест на Земле

Источник:  Aquaer

Восьмидесятилетний испанский изобретатель Энрике Вега изобрел собственную машину для подачи воды из воздуха после серьезного водного кризиса в Испании в 1990-х годах.Его устройство работает как кондиционер и может быть использовано для обеспечения чистой водой людей, живущих в некоторых из наиболее засушливых мест на Земле.

Машина активно охлаждает окружающий воздух для конденсации чистой питьевой воды. Улучшив свою конструкцию, чтобы она могла работать при более высоких температурах окружающей среды, Вега в 2004 году основал компанию Aquaer, чтобы представить свое устройство платным клиентам.

Самый маленький вариант его изобретения способен производить около 50-70 литров воды в день, но у него есть гораздо более крупная машина, которая может производить около 5000 литров в день.

Вега и его компания также объединились с неправительственной организацией (НПО) Water Inception, чтобы поставить машины в бедные водой районы по всему миру. Недавно 500-литровая машина была предоставлена ​​лагерю беженцев недалеко от Триполи в Ливане.

В настоящее время неправительственная организация пытается собрать средства для предоставления солнечных панелей, чтобы помочь с эксплуатационными расходами устройства.

6. Эта машина для подачи воды из воздуха может работать 24 часа в сутки

Изображение пилотного конденсатора, используемого в ETH Zurich.Источник:  ETH Zurich/Iwan Hächler

Новая технология, разработанная исследователями из ETH Zurich, позволила разработать генератор воды из воздуха, который, как они утверждают, может работать в течение всего дня полностью пассивно. Обманчиво простая по конструкции, эта машина использует комбинацию слоев специального полимера и серебра, чтобы придать стеклу особые свойства, которые заставляют воду конденсироваться из воздуха.

Покрытия наносятся на стекло, помещенное в специальный конусообразный радиационный экран, который позволяет стеклу пассивно охлаждаться на 9 градусов по Фаренгейту (15 градусов по Цельсию) ниже температуры окружающей среды для любого конкретного региона.Это создает перепад температур, который, в свою очередь, вызывает конденсацию воды из воздуха, где влага задерживается под конусом.

Чтобы помочь в сборе воды, команда также разработала специальное водоотталкивающее покрытие для нижней стороны стекла, которое быстро облегчает образование капель воды, которые затем могут стекать и собираться.

По словам исследователей, весь процесс не требует затрат энергии и отлично работает даже днем ​​благодаря радиационному экрану.

Пилотные исследования показали, что устройство может собирать до 1,8 жидких унций (53 мл) воды на квадратный фут (одну десятую квадратного метра) поверхности стекла в час в идеальных условиях. Неплохо.

7. Эта машина для сбора влаги производит чистую воду с использованием солнечной энергии

Источник: Инженерная школа Кокрелла, Техасский университет в Остине Остин.Основанная на принципе так называемой «супергубки», эта машина использует солнечную энергию для производства питьевой воды из воздуха.

Внутренние части машины изготовлены из специального гибридного гидрогелевого и гелевого полимерного материала, который очень хорошо удерживает жидкую воду. Используя этот материал, машина может всасывать воду из воздуха и безопасно хранить ее, готовую к извлечению.

Когда из геля нужно набрать воду, все, что вам нужно сделать, это нагреть его.

«Мы разработали полностью пассивную систему, в которой все, что вам нужно сделать, это оставить гидрогель снаружи, и он будет собирать воду», — сказал Фэй Чжао, исследователь с докторской степенью и соавтор исследования.«Собранная вода будет храниться в гидрогеле до тех пор, пока вы не подвергнете ее воздействию солнечного света. Примерно через пять минут под естественным солнечным светом вода высвобождается».

Текущие испытания конструкции позволили произвести около 50 литров гидрогеля на кг, что должно быть более чем достаточно для большинства бытовых применений. В случае коммерческого производства этот метод может изменить правила игры во многих регионах мира, испытывающих нехватку воды, особенно в сочетании с солнечной энергией.

Его также можно использовать для значительного улучшения существующих методов сбора воды, делая их более эффективными и менее энергозатратными.

Ю и его команда уже подали заявку на патент.

8. Углеродные стержни могут быть секретом сбора воды из сухого воздуха

Источник: PNNL

Несколько лет назад Тихоокеанские северо-западные национальные лаборатории (PNNL) представили новый метод извлечения воды из воздуха. Этот новый метод, обнаруженный совершенно случайно, использует наностержни на основе углерода для адсорбции воды при низкой влажности.

Удивительно, но стержни также самопроизвольно удаляют около половины любой захваченной воды, когда относительная влажность превышает 50-80%.Выталкивание воды полностью обратимо и связано с межфазными силами между ограниченными поверхностями стержня.

Удивительно, но это открытие произошло совершенно случайно, когда химик Сатиш Нуне изучал наностержни с помощью прибора для анализа паров. Он был удивлен, обнаружив, что стержни, по-видимому, работают в отличие от других рецепторов воды, поскольку сборка стержней фактически теряла массу по мере увеличения внешней влажности. Очевидно, это было неожиданностью, но более внимательное изучение показало, что такое странное поведение было следствием переменного расстояния между стержнями.

При низкой влажности стержни могут сохранять относительно большое расстояние между собой, что позволяет воде прилипать к ним. Однако по мере повышения влажности капиллярное действие воды сближает стержни, которые, в свою очередь, выдавливают и вытесняют любую воду, прилипшую к стержням.

Интересно, что подобный процесс предполагался еще в 1990-х годах, но до сих пор из этого ничего не вышло. Теперь есть надежда, что это странное явление можно каким-то образом использовать в больших масштабах для сбора воды в засушливых пустынных районах.

9. Эта машина на базе грузового контейнера выиграла конкурс Water Abundance XPRIZE

Источник:  The Skysource/Skywater Alliance

Разработанное компанией WEDEW, это устройство выиграло конкурс Water Abundance XPRIZE стоимостью 1,75 млн долларов еще в 2018 году как самое доступное решение для смягчения растущего водного кризиса в мире. Машина способна производить не менее 2000 литров воды из атмосферы каждый день, и все это из органических отходов.

XPrize спонсируется TATA Group и Австралийской группой помощи.

Мало того, устройство стоит чуть более 2 центов за литр мощности. Размещенный внутри транспортного контейнера, этот AWG может создавать и поддерживать влажную среду внутри контейнера, а также производить чистую питьевую воду с помощью устройства под названием Skywater.

Еще один пример активного генератора воды из воздуха. Эта система использует газ из биомассы для создания и поддержания влажной среды внутри контейнера посредством процесса, называемого пиролизом. В качестве топлива для машины можно использовать практически любые органические отходы, включая материалы растительного и животного происхождения, древесную стружку или ореховую скорлупу.По мере разложения органического материала выделяется водяной пар, который задерживается в контейнере и извлекается из воздуха.

Устройство производит не только питьевую воду, но и богатые питательными веществами отходы, называемые биоуглем, которые можно использовать в качестве сильнодействующего природного удобрения для сельскохозяйственных культур.

9. Эти бутылки с водой могут наполняться из самого окружающего воздуха

Источник: Fontus

Еще одна интересная AWG — самозаполняющаяся бутылка для воды под названием Fontus Airo.Идеально подходящие для людей, которые не любят ничего, кроме отдыха на свежем воздухе, эти бутылки могут наполниться менее чем за час.

Бутылки были разработаны австрийским инженером-технологом Кристофом Ретезаром, чтобы обеспечить простой способ снабжения безопасной водой регионов мира, испытывающих нехватку воды. В отличие от некоторых других решений в этом списке, технология бутылок относительно проста и, что наиболее важно, портативна.

Бутылка работает, пропуская влажный воздух внутрь устройства, в результате чего воздух подвергается воздействию так называемых гидрофобных «зубов».Напоминая щетину зубной щетки, эти «зубы» заставляют водяной пар конденсироваться из воздуха, образуя капли воды, готовые к сбору.

Другой пример активного AWG, питание обеспечивается небольшой перезаряжаемой батареей солнечной панели, встроенной в устройство. По словам ее создателя, бутылка наиболее эффективна при температуре от 86 градусов по Фаренгейту (30 градусов по Цельсию) до 104 градусов по Фаренгейту (50 градусов по Цельсию) и при влажности от 80 до 90%.

В течение часа Fontus может произвести примерно 0.5 литров (примерно 1/2 литра) воды. С момента разработки продукт был представлен на рынке как велосипедистам, так и любителям пеших прогулок.

И это, любители воды из воздуха, ваша судьба на сегодня. Далекая от научно-фантастических фильмов, таких как «Звездные войны», технология буквального извлечения воды из воздуха является очень реальной и очень многообещающей областью технологий, которая поможет обеспечить животворную воду во многих частях мира.

Если предупреждения о надвигающемся водном кризисе обоснованы, то технологии, подобные описанным выше, могут оказаться критически важными для выживания многих миллионов людей во всем мире.

Это новое устройство на солнечной энергии может добывать воду прямо из пустынного воздуха | Наука

Вы не можете выжать кровь из камня, но теперь возможно выжимать воду из неба пустыни благодаря новому похожему на губку устройству, которое использует солнечный свет для высасывания водяного пара из воздуха даже при низкой влажности. Устройство может производить почти 3 литра воды в день на каждый килограмм губчатого поглотителя, который он содержит, и исследователи говорят, что будущие версии будут еще лучше. Это означает, что в домах в самых засушливых частях мира вскоре может появиться прибор на солнечной энергии, способный доставлять столько воды, сколько им нужно, чтобы помочь миллиардам людей.

Новый сборщик воды изготовлен из кристаллов металлоорганического каркаса, запрессованных в тонкий лист медного металла и помещенный между солнечным поглотителем (вверху) и пластиной конденсатора (внизу).

Лаборатория Вана в Массачусетском технологическом институте

По оценкам, в любой момент времени в атмосфере плавает около 13 триллионов литров воды, что эквивалентно 10% всей пресной воды в озерах и реках нашей планеты. За прошедшие годы исследователи разработали способы захвата нескольких ручейков, например, использование тонких сеток для отвода воды из тумана или энергоемких осушителей для ее конденсации из воздуха.Но оба подхода требуют либо очень влажного воздуха, либо слишком большого количества электричества, чтобы их можно было широко использовать.

Чтобы найти универсальное решение, исследователи под руководством Омара Яги, химика из Калифорнийского университета в Беркли, обратились к семейству кристаллических порошков, называемых металлоорганическими каркасами или MOF. Яги разработал первые MOF — пористые кристаллы, образующие непрерывные трехмерные сети — более 20 лет назад. Сети собираются в стиле Tinkertoy из атомов металлов, которые действуют как центры, и похожих на палочки органических соединений, которые соединяют центры вместе.Выбирая различные металлы и органические вещества, химики могут настраивать свойства каждого MOF, контролируя, какие газы связываются с ними и насколько прочно они удерживаются.

За последние два десятилетия химики синтезировали более 20 000 MOF, каждая из которых обладает уникальными свойствами захвата молекул. Например, Яги и другие недавно разработали MOF, которые поглощают, а затем выделяют метан, что делает их своего рода топливными баками большой емкости для автомобилей, работающих на природном газе.

В 2014 году Яги и его коллеги синтезировали MOF, который превосходно поглощал воду даже в условиях низкой влажности.Это побудило его обратиться к Эвелин Ван, инженеру-механику из Массачусетского технологического института (MIT) в Кембридже, с которой он ранее работал над проектом по использованию MOF в автомобильных кондиционерах. После синтеза нового MOF на основе циркония, получившего название MOF-801, Яги встретился с Ваном в Массачусетском технологическом институте и сказал: «Эвелин, мы должны придумать устройство для сбора воды». Она согласилась попробовать.

Устройство вытягивает воду из воздуха

Ночью установка всасывает водяной пар из воздуха, а днем ​​использует солнечное тепло, чтобы высвобождать его в виде жидкой воды.В. Алтунян/ Наука

Система, разработанная Ванг и ее учениками, состоит из килограмма кристаллов MOF размером с пыль, впрессованных в тонкий лист пористого медного металла. Этот лист помещается между солнечным поглотителем и пластиной конденсатора и помещается внутрь камеры. Ночью камера открывается, позволяя окружающему воздуху диффундировать через пористый MOF, а молекулам воды прилипать к его внутренним поверхностям, собираясь группами по восемь штук в крошечные кубические капли. Утром камера закрывается, и солнечный свет, проникая через окно в верхней части устройства, нагревает MOF, который высвобождает капли воды и направляет их — в виде пара — к более холодному конденсатору.Разница температур, а также высокая влажность внутри камеры приводят к тому, что пар конденсируется в виде жидкой воды, которая капает в коллектор. Установка работает настолько хорошо, что вытягивает из воздуха 2,8 литра воды в день на каждый килограмм содержащегося в ней MOF, сообщает команда Беркли и Массачусетского технологического института в Science .

«Добывать воду из пустынного воздуха было давней мечтой», — говорит Меркури Канацидис, химик из Северо-Западного университета в Эванстоне, штат Иллинойс, который не участвовал в этой работе.«Эта демонстрация … является важным доказательством концепции». Кроме того, по словам Яги, в нем есть много возможностей для улучшения. Во-первых, цирконий стоит 150 долларов за килограмм, что делает устройства для сбора воды слишком дорогими, чтобы их можно было широко использовать. Тем не менее, Яги говорит, что его группа уже добилась первых успехов в разработке водозахватывающих MOF, которые заменяют цирконий алюминием, металлом, который в 100 раз дешевле. Это может сделать будущие сборщики воды достаточно дешевыми, чтобы не только утолять жажду людей в засушливых регионах, но, возможно, даже снабжать водой фермеров в пустыне.

*Обновление от 14 марта, 12:28: Этот пункт был обновлен, чтобы отразить тот факт, что устройство вытягивает из воздуха почти 3 литра воды на каждый килограмм используемого водопоглощающего материала. .

Система на солнечной энергии извлекает питьевую воду из «сухого» воздуха | Новости Массачусетского технологического института

Исследователи из Массачусетского технологического института и других стран значительно увеличили производительность системы, которая может извлекать питьевую воду прямо из воздуха даже в засушливых регионах, используя тепло солнца или другого источника.

Система, основанная на проекте, первоначально разработанном три года назад в Массачусетском технологическом институте членами той же команды, приближает процесс к чему-то, что могло бы стать практическим источником воды для отдаленных регионов с ограниченным доступом к воде и электричеству. Полученные результаты описаны сегодня в журнале Joule в статье профессора Эвелин Ван, возглавляющей факультет машиностроения Массачусетского технологического института; аспирантка Алина ЛаПотин; и шесть других в Массачусетском технологическом институте, а также в Корее и Юте.

Более раннее устройство, продемонстрированное Ван и ее коллегами, стало доказательством концепции системы, которая использует разницу температур внутри устройства, чтобы позволить адсорбирующему материалу, который собирает жидкость на своей поверхности, втягивать влагу из воздуха при ночь и отпустите его на следующий день. Когда материал нагревается солнечным светом, разница температур между нагретым верхом и затененной нижней стороной заставляет воду высвобождаться обратно из адсорбирующего материала. Затем вода конденсируется на сборной пластине.

Но это устройство требовало использования специализированных материалов, называемых металлоорганическими каркасами, или MOF, которые дороги и ограничены в поставках, а производительность системы была недостаточной для практической системы. Исследователи говорят, что благодаря включению второй стадии десорбции и конденсации и использованию легкодоступного адсорбирующего материала производительность устройства значительно увеличилась, а его масштабируемость как потенциально широко распространенного продукта значительно улучшилась.

Ван говорит, что команда считала: «Хорошо иметь небольшой прототип, но как мы можем преобразовать его в более масштабируемую форму?» Новые достижения в дизайне и материалах привели к прогрессу в этом направлении.

Вместо MOF в новой конструкции используется адсорбирующий материал, называемый цеолитом, который в данном случае состоит из микропористого алюмофосфата железа. Этот материал широко доступен, стабилен и обладает надлежащими адсорбирующими свойствами, чтобы обеспечить эффективную систему производства воды, основанную только на типичных колебаниях температуры днем ​​и ночью и нагреве солнечным светом.

Двухступенчатая конструкция, разработанная LaPotin, позволяет разумно использовать тепло, выделяемое при смене фазы воды. Солнечное тепло собирается пластиной солнечного поглотителя в верхней части коробчатой ​​системы и нагревает цеолит, высвобождая влагу, которую материал захватил за ночь. Этот пар конденсируется на пластине коллектора — процесс, который также выделяет тепло. Коллекторная пластина представляет собой медный лист непосредственно над вторым слоем цеолита и в контакте со вторым слоем цеолита, где теплота конденсации используется для выпуска паров из этого последующего слоя.Капли воды, собранные с каждого из двух слоев, могут быть собраны вместе в сборный резервуар.

При этом общая производительность системы с точки зрения ее потенциальных литров в день на квадратный метр площади сбора солнечной энергии (LMD) примерно удваивается по сравнению с более ранней версией, хотя точные показатели зависят от местных колебаний температуры, солнечной энергии. поток и уровень влажности. По словам Вана, в первоначальном прототипе новой системы, испытанном на крыше Массачусетского технологического института до ограничений, связанных с пандемией, устройство производило на «порядки» больше воды, чем предыдущая версия.

В то время как аналогичные двухступенчатые системы использовались для других применений, таких как опреснение, Ван говорит: «Я думаю, что никто на самом деле не преследовал этот путь» использования такой системы для сбора атмосферной воды (AWH), поскольку такие технологии известны.

Существующие подходы AWH включают сбор тумана и сбор росы, но оба имеют существенные ограничения. Сбор тумана работает только при 100-процентной относительной влажности и в настоящее время используется только в нескольких прибрежных пустынях, в то время как сбор росы требует энергоемкого охлаждения, чтобы обеспечить холодные поверхности для конденсации влаги, и по-прежнему требует влажности не менее 50 процентов, в зависимости от на температуру окружающей среды.

В отличие от этого, новая система может работать при уровне влажности до 20 процентов и не требует никаких дополнительных затрат энергии, кроме солнечного света или любого другого доступного источника низкопотенциального тепла.

Лапотин говорит, что ключом является эта двухступенчатая архитектура; теперь, когда его эффективность была продемонстрирована, люди могут искать еще лучшие адсорбирующие материалы, которые могли бы еще больше увеличить производительность. Нынешняя производительность около 0,8 литра воды на квадратный метр в день может быть достаточной для некоторых применений, но если эту скорость можно улучшить с помощью дополнительной тонкой настройки и выбора материалов, это может стать практичным в больших масштабах, говорит она. .По словам Вана, уже разрабатываются материалы, которые обладают адсорбционной способностью примерно в пять раз большей, чем этот конкретный цеолит, и могут привести к соответствующему увеличению выхода воды.

Команда продолжает работу по совершенствованию материалов и конструкции устройства и его адаптации к конкретным приложениям, например, портативной версии для военно-полевых операций. Двухступенчатая система также может быть адаптирована к другим методам сбора воды, которые используют несколько тепловых циклов в день, питаются от другого источника тепла, а не от солнечного света, и, таким образом, могут производить более высокие дневные объемы.

«Это действительно интересная и технологически значимая работа», — говорит Гуйхуа Ю, профессор материаловедения и машиностроения Техасского университета в Остине, не участвовавший в этой работе. «Это представляет собой мощный инженерный подход к проектированию двухступенчатого устройства AWH для достижения более высокого выхода воды, что делает шаг ближе к практическому производству воды с использованием солнечной энергии», — говорит он.

Ю добавляет: «Технически прекрасно, что можно повторно использовать тепло, выделяемое просто благодаря этой двухступенчатой ​​конструкции, чтобы лучше удерживать солнечную энергию в системе сбора воды, чтобы повысить энергоэффективность и ежедневную производительность воды.Будущие исследования заключаются в улучшении этой прототипной системы с использованием недорогих компонентов и простой конфигурации с минимальными потерями тепла».

В исследовательскую группу входят Ян Чжун, Ленан Чжан, Линь Чжао и Арни Лерой из Массачусетского технологического института; Хёнхо Ким из Корейского института науки и технологий; и Самир Рао из Университета Юты. Работа была поддержана Лабораторией водных и пищевых систем Абдула Латифа Джамиля (J-WAFS) Массачусетского технологического института.

Можно ли вытягивать воду из Air Slake Global Thirst?

Чтобы восполнить этот пробел в коммуникациях, наша команда Mitsubishi Electric Research Laboratories разработала и построила систему искусственного интеллекта, которая делает именно это.Мы называем эту систему взаимодействием с учетом сцены и планируем включить ее в автомобили.

Пока мы едем по улице в центре Лос-Анджелеса, синтезированный голос нашей системы дает инструкции по навигации. Но он не дает иногда сложных указаний, которые вы бы получили от обычной навигационной системы. Наша система понимает окружающую среду и дает интуитивно понятные инструкции по вождению, как это может сделать пассажир, сидящий рядом с вами. В нем может быть сказано: «Следуйте за черной машиной, чтобы повернуть направо» или «Поверните налево у здания с рекламным щитом.Также система будет выдавать предупреждения, например: «Остерегайтесь встречного автобуса на встречной полосе».

Для повышения безопасности автомобилей и автономного вождения автомобили оснащаются большим количеством датчиков, чем когда-либо прежде. Камеры, радар миллиметрового диапазона и ультразвуковые датчики используются для автоматического круиз-контроля, экстренного торможения, удержания в полосе движения и помощи при парковке. Камеры внутри автомобиля также используются для наблюдения за здоровьем водителей. Но помимо звуковых сигналов, которые предупреждают водителя о присутствии автомобиля в его слепой зоне, или вибрации рулевого колеса, предупреждающей о том, что автомобиль съезжает с полосы движения, ни один из этих датчиков не оказывает существенного влияния на взаимодействие водителя с транспортным средством. .

Голосовые оповещения предлагают ИИ гораздо более гибкий способ помочь водителю. Некоторые недавние исследования показали, что устные сообщения — лучший способ передать суть предупреждения и предпочтительный вариант в несрочных дорожных ситуациях. И действительно, автомобильная промышленность начинает осваивать технологии, работающие по принципу виртуального помощника. Действительно, некоторые автопроизводители объявили о планах ввести диалоговых агентов, которые помогают водителям управлять своими автомобилями и помогают им организовать свою повседневную жизнь.

Технология взаимодействия с учетом сцены www.youtube.com

Идея создания интуитивно понятной навигационной системы на основе набора автомобильных датчиков возникла в 2012 году во время обсуждений с нашими коллегами из автомобильного подразделения Mitsubishi Electric в Санда, Япония. Мы отметили, что когда вы сидите рядом с водителем, вы не говорите: «Через 20 метров поверните направо». Вместо этого вы скажете: «Поверните в сторону того Старбакса на углу». Вы также можете предупредить водителя о забитой полосе впереди или о велосипеде, который вот-вот пересечет дорогу автомобиля.И если водитель неправильно понимает, что вы говорите, вы продолжите разъяснять, что вы имели в виду. Хотя такой подход к указанию направлений или указаний естественен для людей, он выходит далеко за рамки возможностей современных автомобильных навигационных систем.

Несмотря на то, что мы стремились создать такое продвинутое средство навигации, многие компоненты технологии, включая аспекты зрения и языка, не были достаточно зрелыми. Поэтому мы отложили эту идею, рассчитывая вернуться к ней, когда придет время.Мы исследовали многие технологии, которые потребуются, включая обнаружение и отслеживание объектов, оценку глубины, семантическую маркировку сцен, локализацию на основе зрения и обработку речи. И эти технологии быстро развивались благодаря революции глубокого обучения.

Вскоре мы разработали систему, способную просматривать видео и отвечать на вопросы о нем. Для начала мы написали код, который мог анализировать аудио- и видеофункции чего-либо, размещенного на YouTube, и создавать для него автоматические субтитры.Одним из ключевых выводов этой работы было понимание того, что в некоторых частях видео звук может давать больше информации, чем визуальные особенности, и наоборот в других частях. Опираясь на это исследование, в 2018 году сотрудники нашей лаборатории организовали первое публичное соревнование по диалогу с учетом сцены с целью создания и оценки систем, которые могут точно отвечать на вопросы о видеосцене.

Нас особенно интересовала возможность определить, следует ли впереди идущее транспортное средство по желаемому маршруту, чтобы наша система могла сказать водителю: «Следуй за этой машиной.

Затем мы решили, что пришло время пересмотреть концепцию сенсорной навигации. Сначала мы думали, что компонентные технологии справятся с этим, но вскоре поняли, что возможности ИИ для детальных рассуждений о сцене все еще недостаточно хороши для создания осмысленного диалога.

Сильный ИИ, который может рассуждать в целом, все еще очень далек, но теперь возможен умеренный уровень рассуждений, если он ограничен контекстом конкретного приложения.Мы хотели создать автомобильную навигационную систему, которая помогала бы водителю, предоставляя собственное представление о том, что происходит в машине и вокруг нее.

Одна из проблем, которая быстро стала очевидной, заключалась в том, как заставить транспортное средство точно определять свое местоположение. GPS иногда был недостаточно хорош, особенно в городских каньонах. Например, он не мог точно сказать нам, насколько близко автомобиль находится к перекрестку, и еще меньше шансов предоставить точную информацию о полосе движения.

Поэтому мы обратились к той же картографической технологии, которая поддерживает экспериментальное автономное вождение, когда данные камеры и лидара (лазерного радара) помогают определить местонахождение автомобиля на трехмерной карте.К счастью, у Mitsubishi Electric есть мобильная картографическая система, обеспечивающая необходимую точность до сантиметра, и лаборатория тестировала и продавала эту платформу в районе Лос-Анджелеса. Эта программа позволила нам собрать все необходимые данные.

Навигационная система оценивает движение транспортных средств, используя массив векторов [стрелок], ориентация и длина которых представляют направление и скорость. Затем система передает эту информацию водителю на простом языке. Mitsubishi Electric Research Laboratories

Основная цель состояла в том, чтобы обеспечить руководство на основе ориентиров. Мы знали, как обучить модели глубокого обучения обнаруживать десятки или сотни классов объектов в сцене, но заставить модели выбирать, какой из этих объектов упоминать — «заметность объекта» — требовалось больше усилий. Мы остановились на модели регрессионной нейронной сети, которая учитывала тип объекта, размер, глубину и расстояние от перекрестка, отличие объекта от других объектов-кандидатов и конкретный маршрут, рассматриваемый в данный момент.Например, если водителю нужно повернуть налево, вероятно, было бы полезно сослаться на объект слева, который водителю легко распознать. «Следуйте за красным грузовиком, который поворачивает налево», — может сказать система. Если он не находит каких-либо заметных объектов, он всегда может предложить инструкции по навигации на основе расстояния: «Поверните налево через 40 метров».

Тем не менее, мы хотели как можно меньше говорить о роботах. Наше решение состояло в том, чтобы разработать сеть с машинным обучением, которая отображает относительную глубину и пространственное расположение всех объектов в сцене, а затем основывает языковую обработку на этом графе сцены.Этот метод не только позволяет нам рассуждать об объектах в определенный момент, но и фиксировать, как они меняются с течением времени.

Такой динамический анализ помогает системе понять движение пешеходов и других транспортных средств. Нас особенно интересовала возможность определить, следует ли впереди идущее транспортное средство по желаемому маршруту, чтобы наша система могла сказать водителю: «Следуй за этим автомобилем». Для человека в движущемся транспортном средстве большинство частей сцены сами по себе будут казаться движущимися, поэтому нам нужен был способ удалить статичные объекты на заднем плане.Это сложнее, чем кажется: просто отличить один автомобиль от другого по цвету само по себе сложно, учитывая изменения освещения и погоды. Вот почему мы планируем добавить другие атрибуты помимо цвета, такие как марка или модель автомобиля или, возможно, узнаваемый логотип, скажем, грузовика Почтовой службы США.

Генерация естественного языка была последней частью головоломки. В конце концов, наша система может генерировать соответствующую инструкцию или предупреждение в виде предложения, используя стратегию, основанную на правилах.

Навигационная система автомобиля работает поверх трехмерного представления дороги — здесь несколько полос, ограниченных деревьями и многоквартирными домами. Представление строится путем слияния данных радара, лидара и других датчиков. Mitsubishi Electric Research Laboratories

Генерацию предложений на основе правил уже можно увидеть в упрощенной форме в компьютерных играх, в которых алгоритмы доставляют ситуационные сообщения в зависимости от того, что делает игрок.Для вождения можно предусмотреть широкий спектр сценариев, и поэтому генерация предложений на основе правил может быть запрограммирована в соответствии с ними. Конечно, невозможно знать каждую ситуацию, с которой может столкнуться водитель. Чтобы преодолеть этот разрыв, нам придется улучшить способность системы реагировать на ситуации, для которых она не была специально запрограммирована, используя данные, собираемые в режиме реального времени. Сегодня эта задача очень актуальна. По мере развития технологии баланс между двумя типами навигации будет все больше склоняться к наблюдениям, основанным на данных.

Например, пассажиру было бы приятно узнать, что причина, по которой автомобиль внезапно меняет полосу движения, заключается в том, что он хочет объехать препятствие на дороге или пробку впереди, выйдя на следующем выезде. Кроме того, мы ожидаем, что интерфейсы на естественном языке будут полезны, когда транспортное средство обнаруживает ситуацию, с которой раньше не сталкивалось, — проблема, которая может потребовать высокого уровня познания. Если, например, автомобиль приближается к дороге, заблокированной строительными работами, и вокруг нее нет четкого пути, автомобиль может спросить совета у пассажира.Тогда пассажир может сказать что-то вроде: «Кажется, можно повернуть налево после второго конуса».

Поскольку осведомленность транспортного средства об окружающей среде прозрачна для пассажиров, они могут интерпретировать и понимать действия, предпринимаемые автономным транспортным средством. Было показано, что такое понимание устанавливает более высокий уровень доверия и воспринимаемой безопасности.

Мы предполагаем, что эта новая схема взаимодействия между людьми и их машинами позволит более естественный и более человечный способ управления автоматизацией.Действительно, утверждалось, что диалоги, зависящие от контекста, являются краеугольным камнем взаимодействия человека с компьютером.

Интерактивная система Mitsubishi с учетом сцены маркирует интересующие объекты и находит их на карте GPS. Mitsubishi Electric Research Laboratories

Автомобили скоро будут оснащены языковыми системами предупреждения, которые предупреждают водителей о пешеходах и велосипедистах, а также о неодушевленных препятствиях на дороге. Через три-пять лет эта возможность перейдет к прокладке маршрута на основе ориентиров и, в конечном итоге, к виртуальным помощникам с учетом сцены, которые вовлекают водителей и пассажиров в разговоры об окружающих местах и ​​событиях.Такие диалоги могут ссылаться на обзоры Yelp о близлежащих ресторанах или рассказывать истории в стиле путевых заметок, например, когда вы едете по интересным или историческим регионам.

Водители грузовиков также могут получить помощь в навигации по незнакомому распределительному центру или помощь при сцепке. Примененные в других областях, мобильные роботы могли бы помочь усталым путешественникам с багажом и направить их в свои комнаты или убрать разлив в проходе 9, а люди-операторы могли бы обеспечить высокоуровневое руководство дронами-доставщиками, когда они приближаются к месту высадки. .

Эта технология выходит за рамки проблемы мобильности. Медицинские виртуальные помощники могут обнаруживать возможное начало инсульта или учащенное сердцебиение, связываться с пользователем, чтобы подтвердить, действительно ли существует проблема, передавать сообщение врачам для получения указаний и, если чрезвычайная ситуация реальна, предупреждать службы экстренного реагирования. Бытовая техника может предугадывать намерения пользователя, например, выключая кондиционер, когда пользователь выходит из дома. Такие возможности будут удобны для обычного человека, но изменят правила игры для людей с ограниченными возможностями.

Обработка естественного голоса для связи между машиной и человеком прошла долгий путь. Достижение плавного взаимодействия между роботами и людьми, которое изображают на телевидении или в кино, возможно, еще далеко. Но сейчас он хотя бы виден на горизонте.

Сбор питьевой воды из влажного воздуха круглосуточно — ScienceDaily

Исследователи разработали конденсатор для мест, где не хватает воды. Новое устройство представляет собой решение с нулевым энергопотреблением для сбора воды из атмосферы в течение 24-часового суточного цикла.Он опирается на самоохлаждающуюся поверхность и специальный радиационный экран.

Пресной воды не хватает во многих частях мира, и ее необходимо получать с большими затратами. Сообщества у океана могут опреснять морскую воду для этой цели, но для этого требуется большое количество энергии. На удалении от побережья практически часто единственным оставшимся вариантом является конденсация атмосферной влаги путем охлаждения либо с помощью процессов, которые также требуют больших затрат энергии, либо с использованием «пассивных» технологий, использующих перепад температур между днем ​​​​и ночью.Однако при современных пассивных технологиях, таких как пленка для сбора росы, забор воды возможен только ночью. Это связано с тем, что солнце нагревает фольгу в течение дня, что делает невозможным образование конденсата.

Самоохлаждение и защита от излучения

Исследователи из ETH Zurich разработали технологию, которая впервые позволяет собирать воду 24 часа в сутки, без 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, он охлаждается до 15 градусов по Цельсию (59 градусов по Фаренгейту) ниже температуры окружающей среды. На нижней стороне этого стекла водяной пар из воздуха конденсируется в воду. Процесс такой же, какой можно наблюдать на плохо утепленных окнах зимой.

Ученые покрыли стекло специально разработанными слоями полимера и серебра. Этот особый подход к покрытию заставляет стекло излучать инфракрасное излучение с определенной длиной волны в космическое пространство без поглощения атмосферой и отражения обратно на стекло.Еще одним ключевым элементом устройства является новый радиационный экран конусообразной формы. Он в значительной степени отклоняет тепловое излучение от атмосферы и защищает стекло от поступающего солнечного излучения, позволяя устройству излучать вышеупомянутое тепло наружу и, таким образом, полностью пассивно самоохлаждаться.

Близко к теоретическому оптимуму

Как показали испытания нового устройства в реальных условиях на крыше здания ETH в Цюрихе, новая технология может производить как минимум в два раза больше воды на единицу площади в день, чем лучшие современные пассивные технологии на основе фольги: малый пилотная система с диаметром стекла 10 сантиметров поставила 4.6 миллилитров воды в день в реальных условиях. Соответственно, более крупные устройства с большими стеклами будут производить больше воды. Ученые смогли показать, что в идеальных условиях они могут собирать до 0,53 децилитра (примерно 1,8 жидкой унции) воды на квадратный метр поверхности стекла в час. «Это близко к теоретическому максимальному значению в 0,6 децилитра (2,03 унции) в час, которое физически невозможно превысить», — говорит Иван Хехлер. Он является докторантом в группе Димоса Пуликакоса, профессора термодинамики в ETH Zurich.

Другие технологии обычно требуют удаления конденсата с поверхности, что требует энергии. Без этого шага значительная часть сконденсировавшейся воды прилипала бы к поверхности и оставалась бы непригодной для использования, препятствуя дальнейшей конденсации. Исследователи из ETH Zurich нанесли новое супергидрофобное (чрезвычайно водоотталкивающее) покрытие на нижнюю сторону стекла своего водяного конденсатора. Это приводит к тому, что сконденсированная вода собирается в капли и стекает или спрыгивает сама по себе.«В отличие от других технологий, наша действительно может работать без дополнительной энергии, что является ключевым преимуществом», — сказал Хехлер.

Целью исследователей было разработать технологию для стран с дефицитом воды и, в частности, для развивающихся и развивающихся стран. Теперь, говорят они, у других ученых есть возможность доработать эту технологию или комбинировать ее с другими методами, такими как опреснение воды, для увеличения их выхода. Производство оконных стекол с покрытием относительно простое, и должно быть возможным строительство водяных конденсаторов, которые больше, чем существующая пилотная система.Подобно тому, как солнечные элементы состоят из нескольких модулей, установленных рядом друг с другом, несколько водяных конденсаторов также могут быть расположены рядом, чтобы собрать воедино крупномасштабную систему.

Источник истории:

Материалы предоставлены ETH Zurich . Оригинал написан Фабио Бергамином. Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Сбор воды из воздуха

Ключевые понятия
Физика
Вода
Состояние вещества
Гравитация
Погода

Введение
Как вы думаете, как долго вы могли бы прожить без воды? Всего три-четыре дня! Ваше тело нуждается в воде, чтобы функционировать должным образом.Мы также используем воду для приготовления пищи, уборки и многих других видов деятельности. Вы можете не думать о том, чтобы получить достаточное количество воды, если вы живете в районе, где вы можете легко получить ее, открыв кран. Но как насчет районов, которые не имеют надежного водоснабжения? В этом упражнении вы узнаете об одном творческом способе сбора воды — из воздуха!

Фон
Многие люди во всем мире изо всех сил пытаются иметь достаточное количество пресной воды для повседневных нужд. Из-за этого люди проявили творческий подход к поиску других способов получения пресной воды, в которой они нуждаются.Например, люди, живущие недалеко от побережья, иногда собирают воду, собирая ее из тумана!

Туман — это низко висящее облако, касающееся земли. Окружающий нас воздух содержит влагу в виде водяного пара. Обычно облако (или туман) образуется, когда температура воздуха становится достаточно низкой, чтобы вода в воздухе начала конденсироваться, а это означает, что водяной пар превращается в крошечные капельки воды в воздухе. Совокупность этих крошечных капелек воды делает облако (или туман) видимым для нас.В случае тумана они могут даже мешать видеть очень далеко.

В прибрежных районах часто бывает туман, потому что теплый воздух суши встречается с более прохладным воздухом океана — прямо вокруг или чуть выше уровня земли. Когда эти слои воздуха сталкиваются, водяные пары конденсируются и образуется туман.

Но как достать воду из тумана? Вы должны найти способ собрать крошечные капельки воды из воздуха. Это делается с помощью больших сеток, которые устанавливаются перпендикулярно пути ветра.Когда ветер проносит туман через эти сетки, капли воды захватываются сеткой. Как только капли накапливаются и становятся достаточно большими, гравитация тянет их вниз по сетке в контейнеры, предназначенные для сбора воды. В этом упражнении вы построите собственный уловитель тумана и будете собирать воду из воздуха — с имитацией тумана.

Материалы

  • Рабочая зона, которая может намокнуть
  • Колготки
  • Проволочная вешалка для одежды
  • Лента
  • Прозрачный стакан, чашка или банка
  • Глина для лепки
  • Многоразовый распылитель
  • Вода
  • Бумага
  • Ручка или карандаш
  • Шкала (дополнительно)
  • Второй стакан, чашка или банка (по желанию)
  • Мерный стакан (дополнительно)
  • Увлажнитель (дополнительно)
  • Различные другие сетчатые материалы (дополнительно)


Подготовка

  • Возьмите проволочную вешалку и придайте ей форму ромба, вытянув ее.
  • Наденьте один конец колготок на ромбовидную вешалку и закрепите внизу лентой.
  • Поместите большой ком пластилина на дно прозрачного стакана, чашки или банки.
  • Выпрямите крючок проволочной вешалки.
  • Поместите выпрямленный крючок в глину, чтобы он стоял вертикально и был устойчивым.
  • Если вы используете весы, вы можете взвесить уловитель тумана и записать вес.
  • Наполните пульверизатор водопроводной водой.


Процедура

  • Возьмите пульверизатор и направьте его в сторону от уловителя тумана. Нажимайте на курок, пока он не начнет распылять. Что вы видите, когда бутылка начинает распылять?
  • Теперь держите аэрозольный баллончик примерно в футе от сетки туманоуловителя и перпендикулярно ей. Направьте пульверизатор на улавливатель тумана и качните его примерно 10 раз. После осмотрите сетку. Что ты видишь?
  • Опрыскайте сетку водой еще 10 раз. Что вы сейчас наблюдаете?
  • Повторите этот шаг примерно 10 раз. После каждых 10 распылений проверяйте сетку улавливателя тумана. Как каждый раз меняется поверхность вашей сети?
  • Что вы видите на дне контейнера для сбора? Если вы использовали весы, вы можете снова положить на весы весь уловитель тумана и записать его массу. Изменилась ли масса устройства? Если да, то как? Можете ли вы объяснить изменение?
  • Дополнительно: Распылите из распылителя непосредственно в другой стакан, чашку или банку столько же раз, сколько распыляли на уловитель тумана.Сравните количество воды в каждой емкости или измерьте их мерным стаканом. Насколько эффективен был ваш уловитель тумана при захвате доступной воды?
  • Дополнительно: Вместо пульверизатора можно поставить уловитель тумана рядом с увлажнителем. Как это меняет ваши результаты?
  • Дополнительно: Попробуйте другие сетчатые материалы, которые есть у вас дома. Какие материалы лучше всего подходят для сбора воды из воздуха? Эффективность улавливания тумана можно измерить, измерив вес улавливателя тумана до и после орошения его водой.Чтобы сравнить результаты, вам нужно будет использовать одинаковое количество воды для каждого материала, который вы тестируете.
  • Дополнительно: Имеет ли значение, как вы держите пульверизатор перед туманоуловителем? Как расстояние или угол, под которым вы направляете туман к сетке, влияет на эффективность уловителя тумана?

Наблюдения и результаты
Устройство, которое вы соорудили из колготок и вешалок, представляет собой простую модель ловушки для тумана, которая обычно состоит из сетки, натянутой на раму, и контейнера для сбора под ней.Вы использовали распылитель, чтобы имитировать туман. Насадка внутри пульверизатора разбивает струю воды на множество мельчайших капель воды. Вы можете видеть эти капли воды, выходящие из пульверизатора. Эти капли имитируют туман, который также представляет собой мелкие капельки воды, рассеянные в воздухе.

Когда эти капли воды проходили через уловитель тумана, они собирались сеткой. Вы, вероятно, ничего не увидели после 10 спреев, но через некоторое время вы должны были увидеть крошечные капельки воды, скапливающиеся на поверхности колготок.Чем больше тумана собирала сетка, тем больше скапливалось капель воды. В какой-то момент они, вероятно, начали сливаться и формировать более крупные капли, которые затем стекали по поверхности в контейнер — благодаря гравитации. Вы, вероятно, могли начать видеть, как вода скапливается на дне контейнера. Если бы вы использовали весы, вы могли бы взвесить разницу между прибором в начале занятия и в конце, что отражает количество собранной вами воды из воздуха!

Если вы пробовали разные сетки, вы могли собрать разное количество воды.Ученые все еще пытаются оптимизировать материалы и конструкции улавливателей тумана, чтобы они могли еще более эффективно собирать воду. В реальных ловушках тумана, в зависимости от материала и конструкции сетки, они могут собирать до девяти литров воды в день на каждый квадратный метр сетки.

Очистка
Если после занятия колготки остались целыми, их можно высушить и использовать повторно. Вы также можете изменить форму проволочной вешалки и использовать ее повторно.

Еще для изучения
Туман, из National Geographic
Ученые собирают воду, строя туманные арфы и бьют воздух, из
Verge
Fog Catcher для воды, от Mashable на YouTube
Тест «Погода» Вы можете создать свое собственное облако! из Scientific American
Очистите грязную воду с помощью солнца, из Scientific American
Занятия STEM для детей, из Science Buddies

Это задание было вдохновлено уроком Корпуса мира по сбору воды из тумана.

Это задание было предложено вам в сотрудничестве с Science Buddies

Воду можно извлекать из пустынного воздуха с помощью солнечного тепла

Лайал Ливерпуль

Существует новый способ извлечения воды из относительно сухого воздуха

John Lund/Getty Images

Устройство, способное извлекать воду из почти сухого воздуха с использованием тепла солнечного света, может помочь обеспечить устойчивый источник воды в отдаленных регионах с ограниченным доступом к электричеству.

«В районах, где нехватка воды является проблемой, важно рассмотреть различные технологии, обеспечивающие подачу воды, особенно потому, что изменение климата усугубит многие проблемы нехватки воды», — говорит Алина Лапотин из Массачусетского технологического института.

Устройство, разработанное ЛаПотин и ее коллегами, содержит внутри себя адсорбирующий материал, называемый цеолитом, который собирает водяной пар из воздуха ночью. В течение дня тепло от солнца, собранное на панели «солнечного поглотителя», приводит к выделению воды из материала, поэтому он пригоден для использования.

Поскольку цеолит очень пористый и имеет большую площадь внутренней поверхности, он может адсорбировать крошечные количества воды, содержащиеся в почти сухом воздухе, говорит Лапотин. Моделирование, основанное на первоначальных испытаниях устройства ее команды, предсказывает, что оно может производить воду из воздуха с относительной влажностью всего 20 процентов — уровни, наблюдаемые в пустынях. Существующие устройства для сбора атмосферной воды, такие как системы сбора тумана и росы, работают только при уровне относительной влажности не менее 50 процентов.

Сбор тумана также имеет недостаток, заключающийся в том, что он географически ограничен областями с туманом, а системам росы необходимо потреблять много энергии для питания систем охлаждения, которые охлаждают воздух ниже точки росы, говорит она.

«В отличие от технологий опреснения, сбор атмосферной воды — это стратегия, когда нет доступной жидкой воды», — говорит Лапотин. Он также подходит для районов без инфраструктуры централизованного производства воды, добавляет она.

«Мы заинтересованы в разработке компактных систем сбора атмосферной воды, которые больше ориентированы на портативность и ограничения по весу», — говорит Лапотин. Коробчатое устройство изготовлено из акрилового, алюминиевого и медного листового металла и в настоящее время весит около 7 килограммов.

Во время испытаний он смог производить 0,77 литра воды каждый день на каждый квадратный метр солнечного поглотителя.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.