Ученые получили воду из сухого воздуха пустыни

Обеспечить все человечество чистой питьевой водой в достаточном количестве - титаническая задача. Особенно это актуально в пустынных районах. Причем в будущем проблема может только усугубиться. Ведь из-за изменения климата многие регионы на Земле становятся все более засушливыми. Кроме того, меняется распределение осадков. В некоторых регионах наблюдается тенденция более редкого количества дождей, но при этом более обильных.

Поэтому несколько лет назад исследователи разработали систему для извлечения ценной питьевой воды даже из сухого воздуха пустыни. Для этого были использованы так называемые металлоорганические материалы. Из таких материалов была создана пористая каркасная структура с многочисленными небольшими полостями. В эти полости попадают отдельные молекулы воды. А уже затем изобилие солнца в пустыне помогает этим молекулам испариться. Впоследствии охлаждающие ребра обеспечили необходимую конденсацию для направления прохладной воды в резервуары-цистерны.

Рентгеновская кристаллография открыла ценные сведения

Таким образом, прототип, построенный в то время, отфильтровывал из воздуха около трех литров питьевой воды в день. Этого могло бы оказаться достаточным, чтобы обеспечить потребности в питьевой воде одного человека.

Однако развитие технологии такого водозабора во многом основывалось на принципе проб и ошибок. До сих пор исследователям не удавалось объяснить, почему молекулы прилипали к одним металлоорганическим материалам лучше, чем к другим. Теперь же все изменилось.

Международная исследовательская группа под руководством Иоахима Зауэра из Университета Гумбольдта в Берлине более подробно изучила процессы с помощью рентгеновской кристаллографии и квантово-механических расчетов. Самый важный вывод: только первые молекулы воды действительно прилипают к твердым структурам. Но после этого процесс продолжается. Сначала образуются цепочки молекул воды. Затем это превращается в отдельные кластеры и, в конечном итоге, становится целой сетью кластеров. Достигнутое понимание логики процесса имеет решающее значение для дальнейшего развития технологии извлечения воды из воздуха пустыни.

Молекулы воды каждый раз ведут себя немного иначе

Способ, которым вода собирается в пористом каркасе, крайне важен для последующего сбора воды. Исследователи подчеркивают, что исходные молекулы не должны слишком сильно прилипать к органическим структурам. Потому что потом их сложнее вытащить с помощью солнца. Это объясняет, почему с одними материалами можно получить больше воды, а с другими - меньше. Эти знания также помогают в разработке новых металлоорганических материалов.

Все дело в том, что молекулы воды всегда ведут себя немного по-разному в зависимости от влажности и температуры. Так что никогда не будет создано универсального металлоорганического материала, который одинаково хорошо работал бы во всем мире. Вместо этого исследователи сейчас работают над созданием сетевых структур, каждая из которых оптимизирована для конкретных мест. И это нацелено на то, чтобы максимально увеличить количество получаемой из сухого воздуха воды.