Εξαγάγετε νερό από τον αέρα και ανακατανέμετέ το σε φυτά
Ένας νέος τύπος εδάφους που δημιουργήθηκε από μηχανικούς από το πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν μπορεί να εξαγάγει νερό από τον αέρα και να το διανείμει σε φυτά, τα οποία θα μπορούσαν να επεκτείνουν τον χάρτη της αρόσιμης γης στον κόσμο σε προηγουμένως αφιλόξενα μέρη και να μειώσουν τη χρήση νερού στη γεωργία σε μια εποχή αυξανόμενη ξηρασία.
Επιτρέψτε την αυτόνομη γεωργία
Όπως δημοσιεύθηκε στο Γράμματα Υλικών ACS, το ατμοσφαιρικό σύστημα άρδευσης της ομάδας χρησιμοποιεί υπερ-απορροφητικά τζελ για να συλλάβει νερό από τον αέρα. Όταν το έδαφος θερμαίνεται σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, οι πηκτές απελευθερώνουν το νερό, καθιστώντας το διαθέσιμο στα φυτά. Καθώς το έδαφος διανέμει νερό, ένα μέρος επιστρέφει στον αέρα, γεγονός που αυξάνει την υγρασία και διευκολύνει τη συνέχιση του κύκλου συγκομιδής.
Η ενεργοποίηση της αυτοσυντηρούμενης γεωργίας σε περιοχές όπου είναι δύσκολο να δημιουργηθούν συστήματα άρδευσης και ενέργειας είναι απαραίτητη για την απελευθέρωση των καλλιεργειών από την περίπλοκη αλυσίδα ύδρευσης, καθώς οι πόροι είναι ολοένα και λιγότεροι. σπάνια, είπε ο Guihua Yu, αναπληρωτής καθηγητής επιστήμης υλικών στο τμήμα μηχανολόγων μηχανικών του Walker.
Κάθε γραμμάριο εδάφους μπορεί να εκχυλίσει περίπου 3 έως 4 γραμμάρια νερού. Ανάλογα με την καλλιέργεια, περίπου 0,1 έως 1 κιλό εδάφους μπορεί να παρέχει αρκετό νερό για την άρδευση περίπου ενός τετραγωνικού μέτρου γεωργικής γης.
Ο παγετός στο χώμα εξάγει νερό από τον αέρα κατά τη διάρκεια των ψυχρότερων, πιο υγρών μερών της νύχτας. Η ηλιακή θερμότητα κατά τη διάρκεια της ημέρας ενεργοποιεί γέλες που περιέχουν νερό για να απελευθερώσει το περιεχόμενό τους στο έδαφος.
Γιατί ένα αυτο-ποτισμένο χώμα;
Η ομάδα διενήργησε πειράματα στην οροφή του κτηρίου του Cockrell School's Engineering Education Center στο UT Austin για να δοκιμάσει το έδαφος. Διαπίστωσαν ότι το έδαφος υδρογέλης ήταν σε θέση να συγκρατεί το νερό καλύτερα από αμμώδη εδάφη ξηρές περιοχές και χρειαζόταν πολύ λιγότερο νερό για την καλλιέργεια φυτών.
Κατά τη διάρκεια ενός πειράματος τεσσάρων εβδομάδων, η ομάδα διαπίστωσε ότι το χώμα τους συγκρατούσε περίπου το 40% της ποσότητας νερού με το οποίο ξεκίνησε. Αντίθετα, το αμμώδες έδαφος είχε μόνο το 20% του νερού που είχε απομείνει μετά από μόλις μια εβδομάδα.
Σε ένα άλλο πείραμα, η ομάδα φύτεψε ραπανάκια και στους δύο τύπους εδάφους. Όλα τα ραπανάκια στο έδαφος υδρογέλης επέζησαν για μια περίοδο 14 ημερών χωρίς καμία άρδευση πέρα από την πρώτη στροφή για να διασφαλιστεί ότι τα φυτά ριζώθηκαν εκεί. Τα ραπανάκια στο αμμώδες έδαφος άρδευσαν αρκετές φορές κατά τη διάρκεια των πρώτων τεσσάρων ημερών του πειράματος. Κανένα από τα ραπανάκια στο αμμώδες έδαφος δεν επέζησε περισσότερο από δύο ημέρες μετά την αρχική περίοδο άρδευσης.
"Τα περισσότερα εδάφη είναι αρκετά καλά για να υποστηρίξουν την ανάπτυξη των φυτών", είπε ο Φέι Ζάο, μεταδιδακτορικός συνεργάτης της ομάδας Yu Research που ηγήθηκε της μελέτης με τον Xingyi Zhou και τον Panpan Zhang. "Το νερό είναι ο κύριος περιορισμός, γι 'αυτό θέλαμε να αναπτύξουμε ένα έδαφος που να συλλέγει νερό από τον αέρα του περιβάλλοντος".
Ένα υδραυλικό τζελ ικανό να συλλέγει νερό
Το έδαφος που συλλέγει νερό είναι η πρώτη μεγάλη εφαρμογή της τεχνολογίας στην οποία εργάζεται η ομάδα Yu για περισσότερα από δύο χρόνια. Πέρυσι, η ομάδα ανέπτυξε την ικανότητα χρήσης υβριδικών πολυμερών πηκτωμάτων που λειτουργούν ως «σπόγγοι», εξάγοντας μεγάλες ποσότητες νερού από τον περιβάλλοντα αέρα, καθαρίζοντάς το και απελευθερώνοντάς το γρήγορα. χάρη στην ηλιακή ενέργεια.
Η ερευνητική ομάδα συνδύασε υδρογέλες που απορροφούν έντονα το νερό και μπορούν να απελευθερώσουν νερό κατά τη θέρμανση. Αυτός ο μοναδικός συνδυασμός έχει αποδειχθεί επιτυχώς ότι λειτουργεί σε υγρές και ξηρές καιρικές συνθήκες και είναι απαραίτητος για την παραγωγή καθαρού και ασφαλούς πόσιμου νερού από τον αέρα.
Η θεριζοαλωνιστική μηχανή υγρασίας συλλέγει και καθαρίζει νερό από τον αέρα
Αυτή η σημαντική ανακάλυψη θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε καταστάσεις καταστροφών, για την αναχαίτιση των υδάτινων κρίσεων ή σε περιοχές που πλήττονται από τη φτώχεια και τις αναπτυσσόμενες χώρες. Η πρόσβαση στο πόσιμο νερό παραμένει μια από τις μεγάλες προκλήσεις που αντιμετωπίζει η ανθρωπότητα. Αυτή η ανακάλυψη, που έγινε από μηχανικούς στο Πανεπιστήμιο του Ώστιν στο Τέξας, θα μπορούσε να προσφέρει μια νέα λύση χάρη σε αυτήν την ηλιακή τεχνολογία που απορροφά υγρασία από τον αέρα και την απελευθερώνει με τη μορφή καθαρού, χρησιμοποιήσιμου νερού.
Με περίπου 50000 κυβικά χιλιόμετρα νερού στην ατμόσφαιρα, αυτό το νέο σύστημα θα μπορούσε να αξιοποιήσει αυτά τα αποθέματα και ενδεχομένως να οδηγήσει σε μικρά, φορητά και φθηνά συστήματα φιλτραρίσματος.
Ωστόσο, η νέα καινοτομία της ομάδας προχωρά αυτό το έργο ακόμη περισσότερο χρησιμοποιώντας το νερό που υπάρχει ήδη στην ατμόσφαιρα. Για τις δύο τεχνολογίες που βασίζονται σε υδρογέλη, ο Yu και η ερευνητική του ομάδα ανέπτυξαν έναν τρόπο για να συνδυάσουν υλικά που έχουν τόσο υγροσκοπικές (απορροφητικό νερό) ιδιότητες όσο και θερμοευαίσθητη υδροφιλία (ικανότητα απελευθέρωσης νερό με απλή θέρμανση).
Η τεχνολογία θα μπορούσε να αντικαταστήσει βασικά συστατικά των υπαρχόντων συστημάτων καθαρισμού νερού με ηλιακή ενέργεια ή άλλες τεχνολογίες απορρόφησης υγρασίας.
Οι ερευνητές εξετάζουν πολλές άλλες εφαρμογές αυτής της τεχνολογίας. Θα μπορούσε ενδεχομένως να δροσίσει ηλιακούς συλλέκτες και κέντρα δεδομένων. Ως αποτέλεσμα, θα μπορούσε να επεκτείνει την πρόσβαση σε καθαρό νερό, είτε μέσω μεμονωμένων συστημάτων για νοικοκυριά, είτε μέσω μεγαλύτερων συστημάτων για μεγάλες ομάδες, όπως εργαζόμενοι ή στρατιώτες.
