Генерация атмосферной воды: технический обзор

Дефицит воды - это проблема, которая резонансно звучит во многих государствах мира. Независимо от того, подвержен ли доступ к воде изменению климата, конфликтам, неправильному управлению или загрязнению, он ежедневно влияет на миллионы людей, от личного пользования до промышленности. Однако водная отрасль - это ничто, если она не изобретательна и не инновационна.

Водные стратегии теперь вписываются в цели устойчивого развития глобальных корпораций и национальных правительств. Местные сообщества борются за контроль над своими правами на доступ и использование воды.

Технологические компании и инвесторы видят возможности для решения проблем, которые многие считали непреодолимыми. От стратегий пополнения запасов воды до повторного использования воды, от очистки подземных воды до очистки и опреснения сточных вод - необходимость заботы о таком самом ценном ресурсе никогда не была так очевидна.

Получение воды в точке использования

Многие из этих инноваций требуют огромных процессов и масштабов, включая транспортировку и хранение, долгосрочные цели и планирование, национальные стратегии и цели, поставленные на будущее.

Но как быть с водоснабжением в местах, где вышеперечисленные процессы недоступны? Можно ли обеспечить производство воды на основе точки использования? Ответ — да, и одной из технологий, которая может предоставить такую услугу, является генерация атмосферной воды.

Генерация атмосферной воды - это способность производить воду из атмосферы постоянным и контролируемым образом.

Технология ГАВ

Но как системы ГАВ получают воду из воздуха? Процесс включает в себя захват влажного воздуха и охлаждение его ниже точки росы для конденсации влаги в жидкую форму. Затем эта конденсированная вода собирается, фильтруется и очищается, чтобы сделать ее безопасной для питья.

Одним из факторов, делающих ГАВ столь универсальным, является то, что он может питаться от разных источников энергии. В районах или ситуациях, где электричество может быть недоступно, системы ГАВ в точке использования могут питаться от солнечной энергии и, потенциально, от других возобновляемых источников энергии.

Сегодня доступны два способа генерации атмосферной воды:

1. Конденсационный метод ГАВ: этот метод охлаждает воздух до точки росы с помощью холодильной техники или других технологий охлаждения, в результате чего влага конденсируется в воду.
2. ГАВ на основе сорбента: в этом подходе используются материалы, которые поглощают водяной пар из воздуха (осушители), а затем выделяют влагу при нагревании, что позволяет собирать воду.

Где лучше всего использовать ГАВ?

Системы ГАВ имеют множество возможных сценариев использования, в том числе там, где им необходимо работать независимо от инфраструктуры водоснабжения, а тот факт, что технология пригодна для применения в точках потребления, означает, что они идеально подходят для снабжения питьевой водой.

Во многих частях мира безопасная питьевая вода является одной из самых больших проблем. Возможность обеспечить высококачественную питьевую воду с помощью простого в реализации решения, расположенного близко к месту использования, может стать переломным моментом на рынке питьевой воды.

Описанный выше сценарий также сводит к минимуму транспортировку, хранение и использование одноразового пластика, часто связанного с поставкой питьевой воды в труднодоступные места.

Системы ГАВ подходят для развертывания в районах с ограниченным или отсутствующим доступом к чистой воде, в районах, страдающих от нехватки воды, и в районах, где нехватка воды является серьезной проблемой:

• Отдаленные и сельские общины: в местах с ограниченным доступом к традиционной водной инфраструктуре, где системы ГАВ обеспечивают децентрализованный и надежный источник воды.
• Ликвидация последствий стихийных бедствий и экстренное реагирование: системы ГАВ могут быть быстро развернуты в районах, пострадавших от стихийных бедствий, таких как землетрясения, ураганы или наводнения, где повреждена местная водная инфраструктура. Возможность быстрой подачи чистой воды делает ГАВ важным инструментом по ликвидации последствий стихийных бедствий.
• Военные и оборонные применения: системы ГАВ используются военными силами, действующими в засушливых регионах или в отдаленных районах, где обычные источники водоснабжения недоступны.
• Городское применение: технология ГАВ изучается для использования в городских условиях с целью снижения зависимости от муниципального водоснабжения, особенно в районах с ненадежными системами распределения воды. Системы ГАВ могут быть установлены в коммерческих зданиях, больницах и школах в качестве дополнительного источника воды, обеспечивая непрерывную подачу чистой питьевой воды.

Основные преимущества использования AWG

Интеграция ГАВ с возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечная энергия, повышает её потенциал по обеспечению непрерывного и экологически чистого водоснабжения даже в регионах с ограниченным доступом к электросети.

Основные преимущества использования систем ГАВ:

• Устойчивость: снижает углеродный след, связанный с производством воды. Использование природных хладагентов, таких как R290, дополнительно минимизирует воздействие на окружающую среду за счет снижения выбросов парниковых газов по сравнению с обычными хладагентами, такими как R134a.
• Доступность: обеспечить источник чистой воды для районов, где нет надежного доступа к воде. Это особенно выгодно для сельских, не подключенных к электросети сообществ или регионов с перебоями в водоснабжении. Системы ГАВ могут быть установлены локально, что устраняет необходимость в транспортировке воды на большие расстояния или сложной инфраструктуре.
• Эффективность: повышение скорости извлечения воды даже в условиях низкой влажности (всего 4-5 граммов воды на кубический метр воздуха), что является значительным улучшением по сравнению с традиционными системами ГАВ, требующими более высоких уровней влажности.
• Портативность и быстрое развертывание: системы модульные и портативные, что делает их идеальными для развертывания в чрезвычайных ситуациях. После установки они могут немедленно начать производить воду, что делает их бесценными в сценариях реагирования на стихийные бедствия.
• Экономическая эффективность: благодаря достижениям в области материаловедения и инженерного проектирования современные системы ГАВ значительно сократили потребление энергии.

Системы ГАВ на рынке

Несмотря на новую технологию ГАВ, у ряда иностранных компаний уже есть готовые установки для продажи, прошедшие испытания в разных климатических условиях.

Solar2Water — это портативный, работающий на солнечной энергии усовершенствованный генератор атмосферной воды, предназначенный для обеспечения чистой питьевой водой путем извлечения влаги из воздуха. Он особенно хорошо подходит для автономных и отдаленных районов, где традиционные запасы воды ограничены. Система использует усовершенствованные осушители, новую конструкцию и солнечные панели для производства надежного и постоянного количества воды независимо от внешней влажности, что делает ее высокоэнергоэффективным и устойчивым решением. Влага поглощается осушителями и высвобождается посредством нагревания, после чего конденсируется в жидкую воду. Примечательно, что система может производить постоянную подачу воды независимо от внешней влажности благодаря новой конструкции и управлению AI, преодолевая общее ограничение обычных установок ГАВ. Это делает её надежной в более широком диапазоне сред. Система также обеспечивает холодный воздух в качестве побочного продукта, который может использоваться для охлаждения, а её масштабируемость делает установку применимую, как для отдельных домохозяйств, так и для более крупных сообществ.

Компания H2OLL запустила свой первый промышленный контейнерный генератор атмосферной воды, способный производить 1000 литров в день. Устройство собирает влагу из воздуха с помощью системы непрерывного жидкостного осушителя, которая потребляет очень мало энергии. Затем пар конденсируется в жидкую воду. Система была разработана для работы в широком диапазоне уровней влажности. В настоящее время система используется для обеспечения питьевой водой в пустыни Негев, и компания планирует использовать солнечную энергию, чтобы обеспечить возможность развертывания установки в районах, где нет электроснабжения.

Компания Akvo из Калькутты проектирует системы ГАВ разных размеров для удовлетворения различных потребностей. Эти блоки предназначены для городского использования и нуждаются в электроснабжении. На более высоком уровне блок Akvo Water может вырабатывать до 500 литров в день, и его модульная и масштабируемая конструкция позволяет подключать его к любому месту для производства до 100 000 литров в день. Блоки предназначены для работы при температуре от 15 до 55 градусов по Цельсию и влажности от 30 до 99 процентов. Потребление энергии при работе в оптимальном диапазоне составляет 4 кВт при температуре 30°C и относительной влажности 80 процентов. Компания Akvo поставляет меньшие по размеру установки, начиная от модели 180K (500 литров в день) и заканчивая более портативными капсульными установками, производительность которых в среднем составляет 50 литров в день.

Компания A1RWATER из ОАЭ намерена продвинуть свои возможности ГАВ на шаг дальше, открыв завод по розливу в Дубае. Этот шаг будет способствовать достижению целей ОАЭ в области устойчивого развития. Компания сотрудничает с рядом отелей в регионе, которые поставляют бутилированную воду. Она также производит генераторы и диспенсеры ГАВ, которые используются в различных коммерческих и промышленных средах, а также солнечные блоки, которые можно использовать в сценариях без подключения к электросети. Системы ГАВ компании варьируются от портативных машин A1R30, способных производить 30 литров питьевой воды в день, и машин A1R100, способных производить до 100 литров в день, которые используются в школах, до более промышленных установок A1R1000 и A1R3000.

Будущее ГАВ

Рынок систем ГАВ широк. Возможность использования возобновляемой энергии для надежного обеспечения чистой питьевой водой без подключения к существующей водной инфраструктуре будет иметь множество сценариев использования, особенно в регионах мира с дефицитом воды.

Будущий потенциал ГАВ огромен, особенно в регионах, серьезно пострадавших от изменения климата, где традиционные источники воды, такие как реки и озера, становятся менее надежными. Способность ГАВ работать в условиях низкой влажности с повышенной эффективностью открывает новые возможности для производства воды в сухих и засушливых регионах по всему миру.

Усовершенствования в разработке осушителей и конструкциях теплообменников, а также в подключении к возобновляемым источникам энергии указывают на стремление к инновациям в технологии ГАВ, что может привлечь инвесторов .

Генерация атмосферной воды сыграет жизненно важную роль в удовлетворении растущего мирового спроса на чистую воду, особенно в регионах, где традиционные источники воды становятся ненадежными из-за экологических проблем. В будущем, вероятно, мы увидим более широкое использование эффективных, масштабируемых систем ГАВ, работающих на возобновляемых источниках энергии.