Mõnikord sünnivad suurimad uuendused väikesest, kuid visalt püsivast ebamugavusest. Õhus leiduvat vett neelavad sorbendimaterjalid koguvad niiskust öösel väga tõhusalt. Päeval aga ei taha see vesi materjalist tagasi vabaneda ning kogu protsess venib.
Pikka aega kulus sorbendi täielikuks kuivamiseks tunde päikese soojust. See tähendas aeglast töötsüklit ja vähest ööpäevast veesaagist. Kogukondadele, kes elavad ilma usaldusväärsete veeallikateta, ei toonud selline lahendus kuigi palju kasu.
Lihtne, aga nutikas muutus lähenemises
Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi teadlased näitasid, et seda probleemi saab lahendada hoopis teistmoodi. Selle asemel, et otsida uut “imetabast” sorbenti, muudeti vee tagasisaamise viisi. Põhiidee on üllatavalt lihtne: vee vabastab mitte soojus, vaid liikumine.
Miks on sorbendimaterjalid “liiga head”?
Atmosfäärist vett koguvad materjalid on loodud nii, et need seovad öösel niiskusemolekule erakordselt tugevalt. Kui vesimolekulid on juba sorbendi pinnale kinnitunud, ei piisa nende lahtihaakimiseks tavalisest soojendamisest. Päeva jooksul tuleb materjali kaua kuumutada, et vesi uuesti aurustuks.
Selline töörežiim piirab kogu süsteemi kiirust. Isegi kui sorbent suudab palju vett siduda, tühjeneb ta järgmise tsükli jaoks liiga aeglaselt. Selle tulemusena on ööpäevane veesaak väike ja energiakulu suur.
Ultraheli kui vee vabastamise võti
Pöördepunkt saabus, kui uurimisrühmaga liitus doktorant Ikra Iftekhar Shuvo. Tal oli varasem kogemus ultraheli rakendamisest meditsiinitehnoloogias ning ta pakkus, et sorbenti ei peaks mitte kuumutama, vaid viima võnkuma. Nii vabaneb vesi kiiremini ja väiksema energiakuluga.
Ultraheli on kõrgsageduslikud lained, mida inimene ei kuule. Need toimivad täpselt selles mõõtkavas, kus nõrgenevad sidemed vee ja sorbendi pinna vahel. Võnkumine justkui nügib molekule pinnalt lahti, mistõttu need koonduvad ja muutuvad väikesteks tilkadeks.
Kuidas seade töötab?
Süsteemi südameks on tasane keraamiline rõngas, mis hakkab pinget saades vibreerima. Selle lähedale on paigutatud teine rõngas mikroskoopiliste avadega. Kui ultraheli sorbendist vee lahutab, lükatakse tekkinud tilgad läbi nende avade ning need langevad väikestesse kogumisnõudesse.
Katsetes kuivasid mündi suurused sorbendiproovid pärast niiskusega küllastumist vaid mõne minutiga. Päikeses pikki tunde ootamine ei olnud enam vajalik, mistõttu kogu töötsükkel lühenes oluliselt. See tähendab, et ühe ööpäeva jooksul saab teha palju rohkem neeldumis- ja vabastamistsükleid.
Tõhusus ja praktiline kasutusväärtus
Arvutused näitasid, et ultraheliga vee vabastamine on ligikaudu 45 korda energiatõhusam kui sorbendi kuivatamine üksnes päikese abil. Kuna vee kättesaamine võtab nüüd minuteid, mitte tunde, kasvab reaalselt kasutatav ööpäevane veekogus märkimisväärselt.
Oluline on seegi, et seadme tööks piisab väikesest päikesepaneelist. Sama paneel võib toimida ka andurina: kui sorbent on niiskusest küllastunud, käivitab süsteem automaatselt ultrahelivõnkumise. Taoline lahendus sobiks nii eramutega kasutamiseks, teadusjaamadesse kui ka eraldatud küladesse, kus vee tootmine otse õhust võib saada tõeliseks päästerõngaks.
