Pagpapanatili
Teknolohiyang Ultrasound Pinapabilis ang Pag-ani ng Tubig mula sa Atmospera
Idagdag ang Securities.io sa mga gusto mong mapagkunan sa Google
TL;DR
Ang ultrasound device ng MIT ay maaaring kunin ang tubig mula sa mahalumigmig na hangin nang hanggang 45× na mas epektibo kaysa sa mga sistemang batay sa init, binabawasan ang mga siklo mula oras patungong minuto. Kung pagsasamahin sa renewable energy, maaari nitong gawing praktikal ang off-grid na paglikha ng malinis na tubig sa mga tuyong at malalayong rehiyon.
Malinis na Tubig Mula sa Manipis na Hangin: Mga Batayan ng Atmospheric Water Harvesting
Sa maraming rehiyon sa mundo, mahal ang sariwang tubig. Isang opsyon para sa pagkuha nito ay desalination, ngunit hanggang ngayon, napaka-enerhiya‑intensive ng pamamaraang ito, kahit na may ilang pag-unlad sa solar tech na kamakailan ay naglapit nito sa realidad.
Ang desalination ng tubig-dagat ay hindi rin opsyon para sa maraming inland na tuyong rehiyon, tulad ng, halimbawa, gitnang Asya, Mongolia, mga bundok ng Chile, o karamihan ng disyerto ng Sahara.
Isa pang opsyon ay kunin ang tubig na nasa hangin. Maraming disyerto ay talagang may medyo mataas na atmospheric moisture, ngunit dahil sa mga dahilan ng klima, hindi ito nagiging ulan at ulap.
Ito ang pangako ng atmospheric water harvesting. Dati naming tinalakay ang paano ang passive cooling na may silicon coating ay maaaring magpataas ng kahusayan ng gravity‑based water harvesting at kung paano ang mga bagong adsorption polymer ay makakatulong din.
Ngayon ay tinitingnan ng mga mananaliksik ang karagdagang pagpapabuti sa pag‑ani ng atmospheric humidity, na nagdadala sa atin mas malapit sa science‑fiction na water harvesting na “windtrap” ng uniberso ng Dune.
Gumamit ang isang koponan mula sa MIT, kasama ang German na kumpanya SmarAct Metrology GmbH & Co. KG, ng ultrasound upang mapataas ang kahusayan ng atmospheric water adsorption. Inilathala nila ang kanilang mga resulta sa Nature Communications1, sa pamagat na “High-efficiency atmospheric water harvesting enabled by ultrasonic extraction”.
Paliwanag sa Atmospheric Water Adsorption
Isang paraan ng pag‑ani ng tubig mula sa hangin ay ang paggamit ng polymer na “nag‑adsorb” ng tubig.
Adsorption ay ang kakayahan ng mga solidong sangkap, na tinatawag na “sorbent”, na akitin ang mga molekula ng gas o solusyon na nakadikit sa kanilang mga ibabaw – sa kasong ito, ang mga vapor ng tubig at patak ng tubig na nakasuspend sa hangin.
Sa pang-araw‑araw, kilala natin ang mga adsorbent material tulad ng silica gel sa mga komersyal na pakete. Ito ay talagang medyo epektibong proseso, at maaaring makalikom ng maraming ambient water.
Source: Osaka Metropolitan University
Ang suliranin ay kung paano pakawalan ng polymer ang tubig na iyon. Kadalasan, kinakailangan ng init na humigit‑kumulang 100 °C upang i‑desorb ang mga polymer, na syempre ay napaka‑enerhiya‑inefficient at magastos.
“Anumang materyal na napakagaling sa pag‑capture ng tubig ay ayaw mag‑bitiw ng tubig. Kaya kailangan mong mag‑gastos ng maraming enerhiya at mahalagang oras para hilahin ang tubig mula sa materyal.”
Kahit na mas mababang temperatura gamit ang mga bagong polymer ay may problema na ang paglabas ng tubig gamit ang init ay mabagal, tumatagal ng ilang minuto o oras. Bilang resulta, karamihan sa mga water adsorption system ay kailangang mangolekta ng tubig sa gabi at pakawalan ito sa araw gamit ang init mula sa araw.
Sa kabaligtaran, ang paggamit ng ultrasound ay maaaring paikliin ang oras ng pag‑ani ng tubig sa ilang minuto lamang at maaaring gawin on‑demand.
Potensyal ng Ultrasound
Ang ultrasound, o ultrasonic waves, ay mga acoustic pressure wave na naglalakbay sa mga frequency na higit sa 20 kilohertz (20,000 cycle kada segundo). Ito ay patuloy na ginagamit para sa mga advanced na aplikasyon, tulad ng bioprinting at pag‑power ng remote medical devices.
Lumalabas na ang ultrasound ay bumabayo sa tamang frequency upang magdulot ng paghihiwalay ng mga molekula ng tubig at ng materyal na sumipsip nito.
Source: Nature Communications
Dinisenyo ng mga mananaliksik ang isang patag na ceramic ring na gawa sa lead zirconate titanate (PZT), na nag‑vibrate kapag may boltahe.
“Parang sumasayaw ang tubig kasama ang mga alon, at ang target na pag‑disturbo na ito ay lumilikha ng momentum na nag‑lalabas ng mga molekula ng tubig, at nakikita natin silang gumalaw bilang patak.”
Upang magsipsip ng tubig, gumamit sila ng ilang uri ng PAM‑LiCl AWH hydrogels na may iba‑ibang elasticity, na lahat ay naglalaman ng lithium at chloride ions upang hulihin ang tubig mula sa hangin.
Source: Nature Communications
Sa pagsubok, nagawang i‑shake ng device ang sapat na tubig upang patuyuin ang bawat sample sa loob lamang ng ilang minuto.
Ang inspeksyon ng mga hydrogel gamit ang electron microscope ay nagpapatunay din na hindi nasira ng ultrasound ang gel, kaya ang device ay matibay para sa praktikal na paggamit.
Source: Nature Communications
Malaking Pag‑taas ng Kahusayan
Dahil hanggang ngayon ay isang beses lamang nangyayari ang heat‑driven na paglabas ng tubig, napakababa ng kahusayan ng proseso, kahit na ang state‑of‑the‑art na device ay nasa 9.5% lamang.
Sa kabaligtaran, ang MIT system ay maaaring lumikha ng tubig nang paulit‑ulit sa araw, na nagdudulot ng kahusayan na umabot sa 428%, o 45‑dobleng pagtaas sa kahusayan.
“Nasa kung gaano karaming tubig ang maaari mong kunin bawat araw,” sabi niya. “Sa ultrasound, mabilis naming nare‑recover ang tubig, at paulit‑ulitin ang siklo. Maaaring maka‑ambag ito ng marami sa isang araw.”
Kaya habang ang device ay gumugugol ng kaunting enerhiya sa init (Joule effect), ito ay nananatiling napakalaking mas epektibo kaysa sa lahat ng ibang pamamaraan ng pag‑ani ng tubig na nadevelop hanggang ngayon.
Swipe to scroll →
| Paraan | Pinagmumulan ng Enerhiya | Bilis ng Siklo | Kahusayan (%) |
|---|---|---|---|
| Tradisyonal na Heat-Based AWH | Solar na Init | Oras bawat siklo | ~9.5% |
| MIT Ultrasonic Extraction | Elektriko (solar/hangin) | 2 minuto bawat siklo | ~428% |
“Hinahanap ng mga tao ang mga paraan upang mag‑ani ng tubig mula sa atmospera, na maaaring maging malaking pinagkukunan ng tubig, lalo na para sa mga disyertong rehiyon at mga lugar kung saan wala pang maalat na tubig na maaaring i‑desalinate.
Ngayon ay mayroon na tayong paraan upang mabilis at epektibong ma‑recover ang tubig.”
Pagpapatupad sa Totoong Buhay sa mga Tuyong at Malalayong Rehiyon
Sa simula, ang pinakamainam na aplikasyon ng device na ito ay para sa mga malalayong disyertong lugar na may limitadong access sa enerhiya at imprastruktura ng sariwang tubig.
Kabaligtaran sa heat‑based na adsorption, kailangan pa rin ng device na ito ng elektrikal na enerhiya upang makagawa ng ultrasound, kaya kinakailangan ang decentralized na produksyon ng enerhiya, alinman sa:
- Solar panel tulad ng ginamit sa mga eksperimento ng MIT.
- Hangin, na maaaring gumana sa gabi, kapag mas mataas ang moisture, na nagbibigay ng mas maraming 2‑minutong siklo ng pag‑ani ng tubig kada oras.
- Renewable energy generation + battery system upang patakbuhin ito 24/7.
Sa pagsubok kung ano ang ideal na dalas ng siklo, natuklasan ng mga mananaliksik na ang perpektong ritmo ay hayaan ang materyal na sumipsip ng tubig ng 1 oras, pagkatapos ay gamitin ang ultrasound upang pakawalan ito sa loob ng 2 minuto, at ulitin ang siklo.
Higit sa lahat, ang enerhiya na kinakailangan upang kunin ang tubig gamit ang ultrasound ay nanatiling pareho, sa halip na unti‑unting bumaba tulad ng sa mga heat‑based na pamamaraan.
Source: Nature Communications
Mga Hinaharap na Pagpapabuti sa Atmospheric Water Harvesting
Susunod‑henerasyon na mga Sorbent Material
Gumamit ang pamamaraang ito ng lithium hydrogels, ngunit marami pang ibang sorbent material ang umiiral: iba pang hydrogels, metal‑organic frameworks, micro‑ at nano‑fiber mats, at kombinasyon ng mga ito.
Bawat isa ay kailangang muling suriin at i‑re‑engineer upang mapabuti ang compatibility nito sa alternatibong paraan ng pag‑extract.
Ang resistance sa degradation ng mga ibang sorbent ay kailangan ding suriin.
Pagpapabuti ng Kahusayan ng Ultrasound
Dahil nagsagawa ang NASA ng mga pagsubok sa PZT actuators, hanggang 100 bilyong siklo sa loob ng 580 araw at walang nakitang pinsala o malaking pagbaba ng performance, inaasahan na ang bahagi ng device na gumagawa ng ultrasound ay lubos na matibay.
Gayunpaman, ang disenyo na ginamit sa eksperimentong ito ay medyo hindi epektibo sa pag‑convert ng power patungo sa ultrasound, na may 17‑19% lamang na kahusayan.
Ang isang 1‑3 composite piezoelectric transducer array device, sa halip na isang solong ring‑shaped actuator, ay maaaring umabot hanggang 35% na kahusayan.
Ang mas malalaking PZT‑based ultrasound ay maaari ring maging mas epektibo kaysa sa maliit na experimental device na sinubukan dito. Kaya sa kabuuan, maaaring maabot ang 1,000% na kahusayan o higit pa kapag na‑calibrate at napabuti ang PZT material na ginamit.
Tungo sa mga Water‑Generating Towers?
Isa pang mahalagang pagpapabuti ay ang ultrasonic extraction ay hindi nangangailangan ng pag‑expose ng sorbent surface sa sikat ng araw. Kaya ang mga device ay maaaring i‑stack nang patayo sa isa’t isa nang walang limitasyon sa prinsipyo sa bilang ng vertical rows.
Sa halip na isang malawak na field para sumipsip ng sikat ng araw, maaaring itayo ang malalaking tore na nag‑dadala ng tubig mula sa bawat stacked device para sa mas sentralisadong disenyo.
Mga Kumpanya na Nilulutas ang Kakulangan sa Tubig
XYL Tsart ng Presyo
Kasama ang European na Veolia, ang Xylem ay isang pandaigdigang lider sa water purification, wastewater treatment, at desalination. Mayroon itong higit sa 23,000 na empleyado (kung saan higit sa 6,000 ay mga engineer) at nag‑operate sa 150 bansa, na nakatuon sa USA, na may higit sa 35,000 direktang industrial customers.
Ang pangunahing merkado nito ay municipal drinking at wastewater, ngunit nagbibigay din ito ng mga dedikadong solusyon sa tubig para sa iba pang sektor tulad ng healthcare, power, food & beverages, oil & gas, microelectronics, atbp.
Source: Xylem
Maaaring mag‑supply ang Xylem ng mga kritikal na patented na kagamitan upang linisin o lumikha ng tubig, tulad ng ozone generators, UV lamps, desalination membranes, ultra‑pure water generators, atbp.
Ngunit nagbibigay din ito ng “mas simpleng” kagamitan na kasing‑kritikal sa mga operasyon na may kinalaman sa tubig tulad ng turbines, pumps, piping, injection, software, atbp., pati na rin ang maintenance, repair, at installation services, kaya ito ay isang one‑stop shop para sa karamihan ng aplikasyon ng tubig.
Source: Xylem
Ang water market ay nananatiling napaka‑fragmented, kung saan ang Xylem ay isa sa pinakamalaking kumpanya sa sektor, ngunit hawak lamang nito ang “10%” na bahagi ng $80 B na addressable market nito.
Ang kumpanya ay gumugol ng humigit‑kumulang 4% ng benta nito sa R&D. Dapat itong makinabang mula sa mga bagong regulasyon hinggil sa PFAS (Per- at polyfluoroalkyl substances, or forever chemicals), kung saan higit sa 6,000 utility facilities ang nangangailangan ng PFAS treatment.
Patuloy na lumalago ang Xylem, na ang net income ay tumaas mula $297 M noong 2012 hanggang $609 M noong 2023 habang pinapanatili ang matatag na 17‑19% EBITDA margin.
Sa kabuuan, ginagawa nitong mas kaunti ang profile ng pamumuhunan ng kumpanya na kahalintulad ng isang industrial company (madalas cyclical) at mas kahalintulad ng isang utility company na lumalago kasabay ng pangkalahatang ekonomiya o bahagyang mas mabilis, tulad ng karamihan sa mga consumer nito.
Pinakabagong Balita at Pag‑unlad ng Stock ng Xylem (XYL)
Pag‑sangguni sa Pag-aaral
1. Shuvo, I.I., Díaz‑Marín, C.D., Christen, M. et al. High‑efficiency atmospheric water harvesting enabled by ultrasonic extraction. Nature Communications 16, 9947 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-65586-2
