Opsamling af rent vand fra luften, inspireret af ørkenlivet

Mennesker kan klare sig i de mest basale krisecentre, kan ridse et måltid sammen af ​​de mest ydmyge ingredienser. Men vi kan ikke overleve uden rent vand. Og på steder, hvor der er knaphed på vand - verdens ørkener, for eksempel – at skaffe vand til folk kræver teknik og kunstvanding, der kan være besværligt og dyrt.

Et par nye undersøgelser fra forskere ved Ohio State University tilbyder en mulig løsning, inspireret af naturen.

"Vi tænkte:'Hvordan kan vi samle vand fra den omgivende luft omkring os?'" sagde Bharat Bhushan, Ohio Eminent Scholar og Howard D. Winbigler Professor i maskinteknik ved Ohio State. "Også, vi kiggede på de ting i naturen, der allerede gør det:kaktusen, billen, ørkengræsser."

Deres resultater blev offentliggjort 24. december i tidsskriftet Philosophical Transactions of the Royal Society . Værkerne er skrevet i samarbejde med Ohio State Ph.D. studerende Dev Gurera og med Ohio State ingeniørforsker Dong Song.

Bhushans arbejde fokuserer på at finde naturinspirerede løsninger på samfundsproblemer. I dette tilfælde, hans forskerhold kiggede ud i ørkenen for at finde liv, der overlever trods begrænset adgang til vand.

kaktus, biller og ørkengræs samler alle vand, der er kondenseret fra nattetåge, samle dråber fra luften og filtrere dem til rødder eller reservoirer, giver nok hydrering til at overleve.

Vanddråber samler sig på voksfri, vandafvisende knopper på en billes ryg, glid derefter mod billens mund på den flade overflade mellem bumpene. Ørkengræs samler vand ved deres spidser, kanal derefter vandet mod deres rodsystemer via kanaler i hvert blad. En kaktus samler vand på sine modhager, før den fører dråber ned ad koniske rygsøjler til plantens bund.

Bhushans team studerede hver af disse levende ting og indså, at de kunne bygge et lignende - omend større - system for at tillade mennesker at trække vand fra nattetåge eller kondens.

De begyndte at studere måder, hvorpå forskellige overflader kunne opsamle vand, og hvilke overflader der kan være mest effektive. Brug af 3D-printere, de byggede overflader med bump og modhager, derefter oprettet vedlagt, tågede omgivelser ved hjælp af en kommerciel luftfugter for at se, hvilket system der opsamlede mest vand.

De lærte, at koniske former samler mere vand end cylindriske former - "hvilket gav mening, givet hvad vi ved om kaktusen, " sagde Bhushan. Grunden til det sker, han sagde, er på grund af et fysikfænomen kaldet Laplace-trykgradienten. Vand samler sig i spidsen af ​​keglen, flyder derefter ned ad keglens skråning til bunden, hvor et reservoir venter.

Rillede overflader flyttede vand hurtigere end urillede overflader - "hvilket synes indlysende set i bakspejlet, på grund af hvad vi ved om græs, " sagde Bhushan. I forskerholdets eksperimenter, rillede overflader samlede omkring dobbelt så meget vand som urillede overflader.

Materialerne keglerne var lavet af betød, også. Hydrofobe overflader - dem, der tillod vand at perle op i stedet for at absorbere det - samlede mest vand.

"Billens overflademateriale er heterogent, med hydrofile pletter omgivet af hydrofobe områder, som tillader vandet at flyde lettere til billens mund, " forklarede Bhushan.

Forskerholdet eksperimenterede også på en struktur, der omfattede flere kegler, og lærte, at mere vand akkumulerede, når vanddråber kunne smelte sammen mellem kegler, der var en eller to millimeter fra hinanden. Holdet fortsætter disse eksperimenter, sagde Bhushan.

Arbejdet er indtil videre blevet udført på laboratorieniveau, men Bhushan forestiller sig arbejdet skaleret op, med strukturer i ørkenen, der kunne samle vand fra tåge eller kondens. Det vand, han tænker, kunne supplere vand fra offentlige systemer eller brønde, enten hus for hus, eller på samfundsbasis.

Der er præcedens for ideen:I områder rundt om i verden, inklusive Atacama-ørkenen i Chile, store net fanger vand fra tåge og samler det i reservoirer, som landmænd og andre kan bruge. Disse net er måske ikke den mest effektive måde at udnytte vand fra luften på, Bhushan mener.

"Vandforsyning er et kritisk vigtigt emne, især for mennesker i de mest tørre dele af verden, " sagde Bhushan. "Ved at bruge bio-inspirerede teknologier, vi kan hjælpe med at løse udfordringen med at levere rent vand til mennesker over hele kloden, på en så effektiv måde som muligt."