Сорбционная система с фотоэлектрическим приводом для сбора атмосферной воды

Аккумуляторная батарея Challenger T105

Исследователи из Китая создали автономную систему сбора атмосферной воды на основе быстрой циклической сорбции. Система, работающая от трёх фотоэлектрических модулей, была протестирована с использованием четырёх методов конденсации в помещении и на открытом воздухе.

Группа учёных из Юньнаньского педагогического университета и Юньнаньского провинциального университета разработала систему сбора атмосферной воды (SAWH) на основе фотовольтаики и быстрой циклической сорбции.

«Чтобы повысить практичность и масштабируемость нашей предыдущей системы, мы предлагаем инновационную систему SAWH с быстрым циклом работы от фотоэлектрических (PV) батарей для устойчивого автономного сбора воды, — пояснили в группе. — Система энергоснабжения от фотоэлектрических батарей была разработана для удовлетворения энергетических потребностей при непрерывном сборе воды: в светлое время суток фотоэлектрические панели напрямую питают электрические компоненты, а избыточная энергия накапливается в батареях; ночью или при недостаточном количестве солнечного света батареи разряжаются для поддержания работы системы».

SAWH (сбор воды с помощью сорбции) — это технология, в которой используются гидрофильные гигроскопичные материалы для улавливания атмосферной влаги и получения воды путём десорбции и конденсации.

В основе установки SAWH лежат два куска коммерческого активированного углеродного войлока (ACFF), уложенных между электродами и закреплённых для формирования единого адсорбирующего модуля. Этот модуль помещается в закрытую конструкцию, состоящую из адсорбционного слоя внизу и модуля конденсации вверху. ACFF внизу улавливает влагу из окружающего воздуха и служит резистором для выработки тепла для выделения пара, в то время как верхняя часть охлаждает и конденсирует пар в жидкую воду.

Корпус SAWH питается от двух фотоэлектрических панелей мощностью 300 Вт, соединенных параллельно, и двух аккумуляторов напряжением 12 В и емкостью 200 Ач, соединенных последовательно. Вспомогательная система, состоящая из фотоэлектрической панели мощностью 200 Вт и аккумулятора напряжением 12 В и емкостью 80 Ач, также интегрирована и работает в трех из четырех режимов конденсации. В режиме водяного охлаждения насос обеспечивает циркуляцию воды; в режиме охлаждения с помощью вентилятора включается вентилятор; в режиме полупроводникового охлаждения активируется полупроводниковый модуль. В четвёртом режиме, при естественной конвекции, вспомогательная система не требуется.

Система была протестирована как в лабораторных, так и в полевых условиях с использованием четырёх режимов конденсации. Также была проведена оценка по трём графикам адсорбции: модель 1 (9 ч, 3 ч, 3 ч, 3 ч), модель 2 (6 ч, 3 ч, 6 ч, 3 ч) и модель 3 (четыре равных интервала по 4,5 ч). Полевые испытания проводились в Куньмине, на юге Китая, с января по март 2025 года.

«Результаты показали, что наиболее энергоэффективным является режим конденсации с водяным охлаждением и вентилятором, при котором суточная производительность (СП) составляет 0,96 кг воды/кг ACFF/день, а удельное энергопотребление (УЭП) — 2,59 кВт·ч/кг воды», — сообщила команда. «Режим с одинаковой продолжительностью адсорбции (4,5 ч × 4) показал наилучшие результаты: DWP составил 0,50 кг воды/кг ACFF/день, а SEC — 4,86 кВт·ч/кг воды. Этот режим повысил эффективность выработки фотоэлектрической энергии до 14,2 %».

Согласно оптимизированной стратегии, рассчитанной на шесть дней работы на открытом воздухе, фотоэлектрические панели обеспечивали подачу электроэнергии по требованию с эффективностью 15–20 %, а КПД энергоснабжения достигал примерно 90 %. «Кроме того, система окупилась за 6,72 года, а выбросы CO₂ за весь жизненный цикл сократились на 35,84 тонны», — заключили в группе.

Ученые представили эту систему в исследовании «Быстродействующая сорбционная система с фотоэлектрическим приводом для устойчивого автономного сбора атмосферной воды», опубликованном в журнале Energy Conversion and Management.