Ang Pagpapahusay ng Atmospheric Water Harvesting ay Susi sa mga Tuyong Rehiyon

Pagkuha ng Tubig Mula sa Hangin

Mahirap makakuha ng sariwang tubig sa maraming bahagi ng mundo. Isang opsyon ang pag-aalis ng asin sa tubig, ngunit nangangailangan ito ng enerhiya at imprastraktura, bagaman may mga pagsulong sa mga sistemang gumagamit ng enerhiyang solar. Para sa mga tuyong lugar na malayo sa dagat, limitado rin ang praktikal na paggamit ng desalination ng tubig-dagat.

Isa pang paraan ang pagkuha ng singaw ng tubig sa hangin. Nag-iiba ang halumigmig ayon sa lokasyon at oras; hindi lahat ng disyerto ay may sapat na tubig sa hangin para sa parehong ani. Nauna na nating tinalakay kung paano makatutulong ang pasibong pagpapalamig at mga patong na may silica sa pagkolekta ng tubig.

Pinag-aaralan ngayon ang mga materyal na mas madaling kumukuha at naglalabas ng tubig. Naglathala ang mga mananaliksik sa Osaka Metropolitan University ng pag-aaral sa ACS ES&T Water na pinamagatang “Liquid Polyether-Based Water Harvester for Near Ambient Temperature Operation via Hydrophilicity-Difference-Induced Water Transfer¹.”

Pagkuha ng Halumigmig Gamit ang Materyal

Maaaring gumamit ng mga materyal na kumukuha ng singaw ng tubig mula sa hangin. Ang adsorption ay pagdikit ng mga molekula sa ibabaw ng isang materyal. Kaiba ito sa absorption, kung saan pumapasok ang mga molekula sa loob ng materyal. Sa pagtalakay sa mga likidong polyether, mahalagang tingnan ang kabuuang pagkuha at paglabas ng tubig, hindi lamang ang pagdikit sa ibabaw.

Pamilyar na halimbawa ng materyal na sumisipsip ng halumigmig ang silica gel sa mga pakete. Gayunman, hindi sapat ang pagkuha ng tubig: kailangang mailabas at makolekta rin ito nang mahusay.

Isang hamon ang muling pagkuha ng tubig mula sa materyal. Ang ilang karaniwang sistema ay nangangailangan ng mataas na temperatura, na maaaring umabot sa humigit-kumulang 100°C. Hindi ito pangkalahatang pangangailangan ng lahat ng polimer. Sinuri ng pangkat sa Osaka ang isang paraang gumagana sa mas mababang temperatura.

Paglabas ng Tubig sa Mababang Temperatura

Ang materyal na malakas humawak ng tubig ay maaaring mangailangan ng mas maraming enerhiya upang mailabas ito. Layunin ng pag-aaral na balansehin ang kakayahang kumuha ng halumigmig at ang kadalian ng pagbawi ng tubig.

Sa naunang gawain, pinaghalo ng mga mananaliksik ang poly(ethylene glycol), o PEG, at oligomeric poly(propylene glycol), o PPG. Tinawag nilang hydrophilicity-difference-induced water transfer (HWT) ang mekanismong nakabatay sa pagkakaiba ng pagkahilig ng dalawang materyal sa tubig.

Sa payak na paliwanag, nakatutulong ang pagkakaibang ito sa paglilipat at pagpapakawala ng tubig. Nagpakita ang sistema ng paglabas ng tubig sa temperaturang humigit-kumulang 35°C.

Gayunman, may kapalit na limitasyon sa dami ng tubig na nakukuha ng naunang halo. Kailangan pang pagbutihin ang materyal upang mapagsabay ang mahusay na pagkuha at pagbawi ng tubig.

PEG–PPG Copolymer

Sa bagong eksperimento, sinuri ng pangkat ang paggamit ng PEG–PPG copolymer kasama ng PEG. Sa isang copolymer, magkakaibang yunit ng polimer ang magkakaugnay sa iisang istruktura.

Nagpakita ang kombinasyon ng mas mahusay na pagkuha at pagpapalabas ng tubig sa mga kondisyong sinubok:

• Napanatili ang mababang temperaturang kailangan sa pagbawi ng tubig.
• Mas mataas ang bilis ng pag-ani ng tubig kaysa sa PEG lamang sa eksperimento.

Pinakamahusay ang random PEG–PPG copolymer sa mga komposisyong inihambing. Iniugnay ng pag-aaral ang pagbuti sa HWT at pagbabago sa mga kumpol ng molekula ng tubig.

Mga Posibleng Gamit

Maaaring mabawasan ng mas mababang temperatura ng pagbawi ang pangangailangan sa pagpainit. Gayunman, nakasalalay ang kabuuang enerhiyang kailangan sa buong sistema, kasama ang daloy ng hangin, pagkolekta ng tubig at muling paggamit ng materyal.

Ayon kay Masahide Takahashi, propesor sa Osaka Metropolitan University, maaaring makatulong ang pag-unlad na ito sa mas mahusay na paggamit ng yamang-tubig at pagbawas ng emisyon. Kailangan pa nilang pagbutihin ang likidong materyal at ang kahusayan ng buong sistema upang maging praktikal ito.

Ang 35°C ay mas madaling maabot kaysa sa mas mataas na temperatura, kaya posibleng makatulong ang init ng araw o pagbabago ng temperatura sa maghapon. Gayunman, nakasalalay ang magagamit na ani sa halumigmig at sa disenyo ng sistema; hindi sapat ang mataas na temperatura lamang.

Sa malamig na lugar, maaaring kailanganin ang karagdagang pinagkukunan o pagtitipon ng init. Ang paggamit ng salamin o siklo ng araw at gabi ay mga posibleng disenyo na kailangan pang subukin. Hindi ipinakita ng pag-aaral na may ganap nang pasibong sistemang handang gamitin sa lahat ng klima.

Posible ring maging kapaki-pakinabang ang ganitong teknolohiya sa mga lugar na kapos sa tubig, ngunit kailangan munang mapatunayan ang kapasidad, kaligtasan ng tubig at tibay ng kagamitan bago malawakang gamitin sa emerhensiya.

Binanggit ni Arisa Fukatsu, assistant professor sa Osaka Metropolitan University, ang posibleng paggamit sa mga tuyong lugar, mga lugar na limitado ang enerhiya, at panahon ng sakuna. Mga inaasahang aplikasyon ang mga ito, hindi pa patunay ng malawakang pagpapatupad.

Maaari pang suriin ang iba pang kombinasyon ng mga polimer at mga kondisyon ng operasyon. Ang tagumpay sa laboratoryo ay mahalagang hakbang, ngunit kailangan pa ng pagsubok sa tunay na kapaligiran at pagsusuri ng gastos upang matukoy ang praktikal na gamit.

Isang Kumpanya sa Teknolohiya ng Tubig

Xylem Inc.

Ang Xylem ay isang pandaigdigang kumpanya sa teknolohiya ng tubig. Nagbibigay ito ng kagamitan at mga serbisyong ginagamit sa suplay, paggamot at pamamahala ng tubig at wastewater. Ang lawak ng negosyo nito ay hindi nangangahulugang gumagamit na ito ng partikular na polimer na tinalakay sa pag-aaral.

Kabilang sa mga merkado nito ang mga sistemang munisipal para sa inuming tubig at wastewater, pati ang mga industriyang gaya ng pangangalagang pangkalusugan, enerhiya, pagkain at inumin, langis at gas, at microelectronics.

Kabilang sa mga teknolohiya ng Xylem ang mga bomba, pagsukat at pagsubaybay, paggamot ng tubig at mga digital na solusyon. Maaaring gumamit ang mga sistema ng teknolohiyang gaya ng ultraviolet at ozone ayon sa pangangailangan. Nagbibigay rin ang kumpanya ng mga serbisyo para sa pag-install, pagpapanatili at pagkukumpuni.

Malawak at hati-hati sa maraming kumpanya ang merkado ng teknolohiya ng tubig. Ang tantiyang bahagi sa isang partikular na merkadong kayang pagsilbihan ay hindi awtomatikong katumbas ng bahagi sa buong pandaigdigang industriya.

Noong 2023, gumastos ang Xylem ng US$232 milyon sa pananaliksik at pagpapaunlad, o humigit-kumulang 3.2% ng kita sa benta. Maaari ring lumikha ng pangangailangan para sa paggamot ng tubig ang mga patakaran tungkol sa PFAS (per- at polyfluoroalkyl substances, na madalas tawaging “forever chemicals”). Nakadepende ang epekto sa kumpanya sa mga pamantayan, iskedyul ng pagsunod at aktuwal na kontrata; hindi ito tiyak na dagdag na kita.

Nagtala ang Xylem ng US$609 milyon na netong kita noong 2023. Ang adjusted EBITDA margin nito sa taong iyon ay 18.9%. Magkaibang sukatan ang netong kita at EBITDA.

May pangmatagalang pangangailangan para sa imprastraktura at serbisyo sa tubig, ngunit naaapektuhan pa rin ang Xylem ng paggastos ng mga kliyente, kompetisyon, gastos at pagpapatupad ng mga proyekto. Hindi awtomatikong katumbas ng negosyo ng isang regulated utility ang panganib o paglago nito.

Sanggunian ng Pag-aaral:

^{1. Ikegawa, D., Fukatsu, A., Okada, K., & Takahashi, M. (2024). Liquid polyether-based water harvester for near ambient temperature operation via hydrophilicity-difference-induced water transfer. ACS ES&T Water. https://doi.org/10.1021/acsestwater.4c00775}