Solenergi kan gjøre mer enn å levere ren energi – den kan generere rent vann i tørre områder

I nasjoner som Canada og Brasil er tilgang til ferskvann sjelden et problem. Imidlertid er realiteten at det finnes mange befolkede og tørre regioner over hele verden hvor ferskvann er en luksus. Heldigvis finnes det allerede løsninger som er i bruk og under utvikling for å takle dette problemet – som atmosfæriske vanninnsamlere (AWH)

I et nylig gjennombrudd har forskere utviklet en potensielt revolusjonerende atmosfærisk vanninnsamler som utnytter solenergidrevet passiv adsorpsjonsbasert teknologi. Kjernen i denne innovasjonen ligger i bruken av nyutviklede ‘superhygroskopiske porøse geler’. Disse er sammensatt av titaniumnitrid, hydroksypropylmetylcellulose og LiCl (THL), og har vist eksepsjonelle vannadsorpsjonskapasiteter over et bredt spekter av luftfuktigheter (15 %–90 % RH). Den unike kombinasjonen av materialer skal muliggjøre rask adsorpsjons- og desorpsjonskinetikk (hastigheten som et tidligere adsorbert stoff frigjøres), noe som betydelig øker effektiviteten når den brukes i atmosfæriske vanninnsamlere.

Studien utgitt, som beskriver det nevnte gjennombruddet, understreker enhetens evne til å oppnå høye vannutbytter, selv i tørre miljøer, med den praktiske anvendelsen allerede bekreftet gjennom utendørstesting i ulike årstider.

Denne AWH-teknologien, som viser en bærekraftig og effektiv tilnærming til å dempe vannknapphet i tørre regioner, sammenlignes gunstig med andre soldrevne vanninnsamlingssystemer og, viktigst av alt, oppfyller WHO-standarder for drikkevann.

Atmosfæriske vanninnsamlere

Så har en ny hygroskopisk porøs gel blitt utviklet som bør øke effektiviteten og virkningsgraden til AWH-er i bruk over hele verden. Dette er flott, men hvordan fungerer egentlig disse enhetene?

Som navnet antyder, er en Atmospheric Water Harvester (AWH) en enhet designet for å trekke vann fra luften. Disse enhetene er spesielt verdifulle i tørre regioner hvor konvensjonelle vannkilder er knappe eller forurenset. Teknologien bak eksisterende AWH-er varierer, men den dreier seg generelt om å fange vanndamp fra luften og kondensere den til flytende vann.

Den vanligste designen av AWH-systemer er basert på kondensasjonsprinsippet, lik hvordan dugg dannes. Dette designet involverer vanligvis:

1. Luftinntak: Luft trekkes inn i systemet ved hjelp av en vifte.
2. Kjøling og kondensasjon: Den fuktige luften kjøles deretter ned under duggpunktet, ofte ved bruk av en kjølet eller Peltier-kjølt kondensator, som får vanndampen til å kondensere til dråper.
3. Vanninnsamling: Det kondensere vannet samles i et reservoar, filtreres, og noen ganger mineraliseres for smak.
4. Distribusjon: Til slutt lagres vannet enten for senere bruk eller ledes direkte for umiddelbar konsum.

AWH-systemer kan variere i størrelse fra små, bærbare enheter egnet for individuell eller husholdningsbruk til store, industriinstallasjoner. Effektiviteten til disse systemene avhenger i stor grad av omgivende luftfuktighet og temperatur; høyere luftfuktighetsnivåer gir vanligvis høyere vannutbytte – derfor er enhver økning i effektivitet i tørre miljøer velkommen, slik som den som tilbys gjennom bruk av nye superhygroskopiske porøse geler.

Med sin evne til å skalere i størrelse, brukes AWH-er vanligvis i ulike settinger:

Tørre og tørkeutsatte områder: De gir en kritisk kilde til rent drikkevann i regioner hvor vann er knapt.

Militære anvendelser: Bærbare AWH-enheter er nyttige for å levere vann til tropper i avsidesliggende områder.

Fjerntliggende samfunn og nødhjelp: De gir en umiddelbar kilde til drikkevann i fjerntliggende samfunn eller under naturkatastrofer når tradisjonelle vannkilder er utilgjengelige eller forurenset.

Landbruk: Noen AWH-systemer brukes til irrigasjon i tørre regioner.

Fremskrittene innen AWH-teknologi som involverer superhygroskopiske porøse geler og MOF-er (metall-organiske rammeverk) er klare til å forbedre tradisjonelle kjølesystemer, og gir muligheten til å absorbere vanndamp til en mye lavere energikostnad. Disse innovasjonene bør gjøre AWH-er mer effektive og gjennomførbare i et bredere spekter av klimatiske forhold.

Ferskvannforsyninger

Mesteparten av verdens ferskvann finnes i isbreer og iskapper, og utgjør omtrent 69 % av de globale ferskvannsressursene. Disse er hovedsakelig lokalisert i polare regioner og høytliggende fjellområder, som Antarktis, Grønland og ulike fjellkjeder verden over. De nest største reservoarene av ferskvann er grunnvannskilder, som utgjør omtrent 30 % av totalen. Kun en liten brøkdel (mindre enn 1 %) av verdens ferskvann er tilgjengelig i elver, innsjøer og atmosfæren.

I regioner hvor atmosfæriske vanninnsamlere (AWH-er) er påkrevd, er rent vann ofte vanskelig å finne på grunn av flere årsaker:

Tørre klima: Mange regioner med behov for AWH-er er tørre eller halvtørre med lav nedbør. Dette inkluderer store områder i Afrika, Midtøsten, deler av Sør-Amerika, Sentral-Asia og Australia.

Utnyttelse og forurensning av grunnvann: Overforbruk av grunnvann til jordbruk og drikking, kombinert med utilstrekkelig påfyll, fører til uttømming. I tillegg kan grunnvann bli forurenset av naturlige og menneskeskapte forurensninger, noe som gjør det usikkert for konsum.

Mangel på infrastruktur: Mange avsidesliggende eller underutviklede områder mangler infrastruktur for å samle inn, behandle og distribuere vann. Dette forsterkes ofte av økonomiske begrensninger.

Klimaforandringer: Endringer i klimamønstre påvirker tradisjonelle vannkilder. Noen regioner opplever langvarige tørkeperioder, mens andre står overfor smelting av isbreer, noe som påvirker langsiktig vann tilgjengelighet.

Overbefolkning og urbanisering: I tett befolkede eller raskt urbaniserende områder kan eksisterende vannforsyninger være utilstrekkelige for å møte etterspørselen. Dessuten fører urbanisering ofte til forurensning av tilgjengelige vannkilder.

Politiske og økonomiske utfordringer: I noen tilfeller påvirkes forvaltning og distribusjon av vannressurser av politiske og økonomiske forhold, noe som fører til ulik tilgang til vann.

AWH-er gir et alternativ ved å trekke vann fra luften, noe som kan være en levedyktig løsning i områder hvor andre kilder er ikke-eksisterende, utilstrekkelige eller usikre. Denne teknologien er spesielt verdifull i regioner hvor luften er fuktig, men nedbøren er lav, noe som gjør konvensjonelle vannkilder upålitelige.

Nåværende løsninger

Per i dag finnes det flere teknologier som konkurrerer med eller komplementerer atmosfæriske vanninnsamlere (AWH-er) for å generere ferskvann, spesielt i områder hvor vannknapphet er et betydelig problem. Imidlertid har hver sin rekke fordeler og utfordringer. Noen av de mest bemerkelsesverdige alternative løsningene inkluderer,

Desalinering: Dette er en av de mest fremtredende metodene for å produsere ferskvann fra sjøvann eller brakkvann. Desalinering bruker hovedsakelig to teknologier: omvendt osmose, som filtrerer vann gjennom en semipermeabel membran, og termisk desalinering, som innebærer oppvarming og fordampning av vann og deretter kondensasjon av dampen. Desalineringanlegg er spesielt vanlige i tørre regioner som Midtøsten. Selv om det er effektivt, er desalinering vanligvis kostbart og krever store mengder energi.

Vannresirkulering og gjenbruk: Avanserte vannbehandlingsteknologier gjør det mulig å resirkulere avløpsvann til drikkevann. Dette inkluderer behandling av kloakk, industrielt og landbruksvann. Resirkulert vann kan brukes til ulike formål, inkludert irrigasjon, industrielle prosesser og påfyll av ferskvannforsyninger. Denne tilnærmingen krever vanligvis store anlegg og høye driftskostnader.

Regnvannshøsting: Dette er en enklere og mer tradisjonell metode for å samle inn og lagre regnvann for senere bruk. Regnvannshøstingssystemer fanger vann fra tak eller andre overflater og lagrer det i tanker. Selv om det er mindre teknologisk avansert enn AWH-er, er det en bærekraftig måte å supplere vannforsyninger på, spesielt i regioner med sesongbasert nedbør. Siden denne metoden er avhengig av regn, er den ikke like pålitelig som noen andre tilnærminger. Det er heller ingen garanti for at det innsamlede vannet ikke må behandles ytterligere for å sikre at det er trygt for konsum.

Tåkeinnsamling: Likt AWH-er samler tåkeinnsamlere vann fra atmosfæren. De bruker store nett for å fange vann dråper i tåken, som deretter samles og drypper ned i oppsamlings tanker. Denne metoden er egnet i kyst- eller fjellområder hvor tåke er hyppig.

Grunnvannslading: Dette innebærer å lede regnvann eller gjenvunnet vann inn i bakken for å fylle på akviferer. Teknikker inkluderer bygging av ladematter, infiltrasjonsdammer og bruk av permeable belegninger. Det er en metode for å sikre bærekraftige grunnvannsforsyninger, som er en viktig kilde til ferskvann i mange regioner.

Solvannstiller: En enkel teknologi hvor solenergi brukes til å fordampe forurenset eller saltvann, og kondensatet samles som destillert vann. Denne metoden er mer egnet for småskalaapplikasjoner og er spesielt nyttig i avsidesliggende områder med rikelig sollys.

Hver av disse teknologiene har sine anvendelsesnisjer basert på geografiske, klimatiske og økonomiske hensyn. I mange tilfeller brukes en kombinasjon av disse teknologiene for å sikre en pålitelig og bærekraftig vannforsyning.