تولیدکننده آب از هوا

تولیدکننده آب از هوا ((به انگلیسی: Atmospheric Water Generator) به اختصار AWG)، دستگاهی است که از هوای مرطوب محیط آب تولید می‌کند. بخار آب موجود در هوا متراکم می‌شود، دمای آن تا زیر نقطه شبنم پایین می‌آید، هوا در معرض خشک کن‌ها قرار می‌گیرد یا هوا را تحت فشار قرار می‌دهد. بر خلاف دستگاه رطوبت گیر، این وسیله به منظور تهیه آب قابل شرب طراحی شده‌است و در جاهایی که آب آشامیدنی کم باشد ویا بدست آوردن آن بسیار مشکل باشد، بسیار مفید است، چراکه همیشه مقداری آب در هوا وجود دارد که می‌توان آن را استخراج کرد. دو روش اصلی مورد استفاده، سرد کردن و خشک کردن هستند.

استخراج آب از هوا به انرژی قابل توجهی نیاز دارد به همین خاطر بیشتر روش‌های آن ناکارآمد هستند. اما برخی از روش‌های آن به تفاوت‌های دمای طبیعی متکی هستند و به منبع انرژی خارجی احتیاج ندارند. مطالعات زیست پزشکی نشان می‌دهد که سوسک صحرای نامیب (Stenocara gracilipes) به‌طور طبیعی می‌تواند این کار را انجام دهد و نیاز خود رابه آب از هوا تامیین نماید.

تاریخچهویرایش

 
"Atrapanieblas" یا مجموعه مه در Alto Patache، صحرا آتاکاما، شیلی .

اینکاها با جمع‌آوری شبنم و انتقال آن به مخازن برای ذخیره ومصرف در آینده توانستند جامعه و نسل خودراحفظ کنند. مستندات تاریخی حاکی از آن است که از نرده‌های مه جمع کن استفاده شده‌است. این روش‌های سنتی معمولاً بازده خیلی کمی دارند و زمان زیادی برای تولید نیازمندند ولی در عوض نیازی به منبع انرژی خارجی به غیر از تغییرات دما در شرایط طبیعی ندارند. [نیازمند منبع]

چندین مخترع، چاه‌های هوایی را به عنوان روشی برای بدست آوردن رطوبت از هوا توسعه داده‌اند.

فناوری‌های مدرنویرایش

بسیاری از تولیدکننده‌های آب از هوا به روشی مشابه به دستگاه رطوبت ساز عمل می‌کند؛ هوا از روی کویل سرد انتقال می‌یابد و باعث می‌شود آب متراکم شود. میزان تولید آب به دمای محیط، رطوبت، میزان هوای عبور از کویل سرد و ظرفیت دستگاه برای خنک کردن کویل بستگی دارد. این سیستم‌ها دمای هوا را کاهش می‌دهند و این کار خود باعث کاهش ظرفیت هوا در حمل بخار آب می‌شود. این رایج‌ترین فناوری در حال استفاده است، اما هنگامی که با برق مبتنی بر زغال سنگ کار کند، یکی از بدترین تاثیرات کربن تولید شده از هر منبع آبی (بیش از سه برابر مقدار کربن تولید شده از فرایند آب شیرین کن اسمز معکوس) را دارد و بیش از چهار برابر آبی را که می‌خواهد تأمین کند از ذخایر آبی ذوب خواهد کرد.

یک تکنولوژی جایگزین که در دسترس است استفاده از مایع، یا «مرطوب» درایو مانند کلرید لیتیوم یا لیتیم برمید برای بدست آوردن آّب از هوا از طریق فرایندهای رطوبت پسند. یک روش مشابه پیشنهادی استفاده از خشک کن‌های جامد مانند ژل سیلیس و زئولیت را با روش فشار مترام ترکیب می‌کند. دستگاه‌های تولیدکننده مسقیم آب با کیفیت با استفاده از نور خورشید نیز در حال توسعه هستند.

گفته می‌شود برای تهیه ۱ لیتر آب، ۳۱۰ (وات-ساعت) انرژی لازم است[۱]

تراکم سرمایشیویرایش

 
نمونه ای از فرایند خنک‌کننده-چگالش.

دریک سیستم تراکم سرمایشی تولیدکننده آب از اتمسفر، یک کمپرسور ماده سردکننده را از طریق یک کندانسور می‌چرخاند و به کویل تبخیر کننده که هوا اطراف آن را خنک می‌کند می‌رساند. این فرایند دمای هوا را تا نقطه شبنم پایین می‌آورد و موجب مترام شدن آب می‌شود. یک پنکه کنترل شده، هوای فیلتر شده را به سمت کویل هدایت می‌کند. سپس آب حاصل با استفاده از سیستم تصفیه، تصفیه شده و به مخزن نگهدارنده منتقل می‌شود زیرا این کار موجب تمیز نگه داشتن آب و کاهش خطرات احتمالی توسط باکتری‌ها و ویروس‌هایی که از طریق چگال کننده ممکن است از هوای محیط به آب منتقل شوند، شود.

میزان تولید آب بستگی به رطوبت نسبی و دمای هوای محیط و اندازه کمپرسور دارد. دستگاه‌های تولیدکننده آب از اتمسفر با افزایش رطوبت نسبی و افزایش دمای هوا، بازده بالاتری پیدا می‌کنند. به عنوان یک قاعده انگشت، تولیدکننده‌های آب از هوا هنگام پایین آمدن دما تا زیر ۱۸٫۳ درجه سانتیگراد (۶۵ درجه فارنهایت) یا اینکه رطوبت نسبی تا زیر ۳۰٪ کاهش می‌یابد، به‌طور مؤثر کار نمی‌کنند. این بدین منظور است که وقتی داخل دفاتر تهویه مطبوع قرار بگیرند، نسبتاً ناکارآمد هستند. اقتصادی بودن یک دستگاه تولیدکننده آب از هوا بستگی به ظرفیت دستگاه، رطوبت محل، شرایط دما و هزینه انرژی در واحد دارد.

تلاش‌های اخیر موجب استفاده از اثر ترموالکتریک مواد نیمه رسانا شده که در آن یک طرف مواد نیمه رسانا گرم می‌شود هنگامی که طرف دیگر آن سرد است. در این برنامه، هوا بر روی فن‌های خنک‌کننده در سمت سرد برنامه پمپاژ می‌شود که دمای هوا را تا نقطه شبنم خود پایین می آوردو باعث متراکم شدن آب می‌شود، سپس آب حاصل جمع‌آوری می‌شود. به خاطر جامد بودن مواد نیمه رسانا، برای واحدهای قابل حمل بسیار مفیدند، اگرچه راندمان پایین چگالش آب معمولاً در رطوت بالا با مصرف زیاد انرژی سردکننده‌های ترمواکتریک همراه است. [نیازمند منبع]

ظرفیت تولید آب آشامیدنی را می‌توان در شرایط هوایی با رطوبت کم ارتقاء داد، ابتدا از کولرهای تبخیری با منبع آب شور برای افزایش رطوبت هوا در شرایط نقطه شبنم استفاده می‌شود بنابراین آب آشامیدنی با استفاده از آب شور و بدون بستگی به میزان رطوبت هوای محیط، تولید می‌شود.

رطوبت گیر مرطوبویرایش

یکی از انواع تولید آب شیرین از هوای مرطوب، استفاده از محلول غلیظ آب نمک برای جذب رطوبت محیط است. این سیستم‌ها آب را از محلول آب نمک خارج کرده و آن را برای مصرف تصفیه می‌کنند. مدلی از این فناوری به عنوان دستگاه‌های قابل حمل توسعه یافته که روی ژنراتورها بارگذاری می‌شود. گفته می‌شود که مدل‌های بزرگ این دستگاه، روی تریلرها یا همان یدک‌کش‌های سنگین نصب می‌شوند که این قابلیت را دارند تا ۱٬۲۰۰ گالون آمریکایی (۴٬۵۰۰ لیتر) آب، در روز تولید کنند ولی با حداکثر نسبت ۵ گالن آب در هر گالن سوخت.[۲] این فناوری برای استفاده ارتش آمریکا و نیروی دریایی ایالات متحده توسط «ترالب» [نیازمند منبع] و آژانس مدیریت اضطراری فدرال (FEMA) ساخته شده‌است.[۳]

گوناگونی این فناوری گسترش یافته تا سازگاری بیشتری با محیط زیست داشته باشد، به عنوان اولین روش با استفاده از انرژی خورشیدی غیرفعال و گرانش. آب نمک دربیرون برجها به سمت پایین جریان دارد، جایی که آب از هوا جذب می‌شود. سپس آب نمک وارد یک محفظه می‌شود و درتماس و شرایط خلاء جزئی قرار می‌گیرد و گرم می‌شود. طی این فرایند بخار آب متراکم شده و آب مایع جمع می‌شود ولی آب نمک در دستگاه باقی می‌ماند و برگردانده شده و بین سیستم مجدداً چرخانده می‌شود. به خاطر آنکه آب متراکم شده به دلیل نیروی جاذبه از سیستم حذف می‌شود، خلأئی ایجاد می‌شود که نقطه جوش محلول آب نمک را پایین می‌آورد.[۴]

سیستم‌هایی که ترکیبی از جذب سطحی، تبرید و میعان هستند نیز گسترش داده شده‌اند.[۵][۶]

در گلخانه‌هاویرایش

گلخانه‌ها مثال بسیار خوبی برای تولید آب از هوا هستند زیرا هوا درون گلخانه‌ها بسیار گرم تر و مرطوب تر از بیرون است. بخصوص در مناطق آب و هویی که کمبود آب دارند، یک گلخانه می‌تواند به‌طور مؤثر شرایط لازم را برای تولید آب از هوا، تقویت کند. نمونه آن گلخانه آب دریا در کشور عمان است.

در پیل سوختی خودروهاویرایش

یک پیل سوختی هیدروژن در ماشین به ازای طی هر ۸ مایل مسافت یک لیتر آب آشامیدنی با کیفیت تولید می‌کند که در شرایط کویری از اهمیت برخوردار است.[۷]

در تهویه هواویرایش

در سیستم‌های تهویه مطبوع از نوع رطوبت زدایی، آب پسماند به عنوان یک محصول نا خواسته در اثر کارکرد سیستم‌های خنک‌کننده هوا و متراکم کننده هوا تولیدمی شود، مانند یک تولیدکننده آب از هوا. آب، در این حالت، تصفیه نمی‌شود. تجهیزات مبرد هوای مطبوع عموماً رطوبت مطلق هوای فرآوری شده توسط سیستم را کاهش می‌دهند. در ادامه کویل تبخیر نسبتاً سرد (زیر نقطه شبنم) بخار آب را از هوای فرآوری شده متراکم می‌کند، مانند یک نوشیدنی یخ زده که هوای اطرافش را به آب متراکم در قسمت خارجی لیوان تبدیل می‌کند؛ بنابراین بخار آب از هوای سرد شده خارج می‌شود و در اتاق رطوبت نسبی به‌طور چشم گیر کاهش می‌آید. آب پسماند به داخل زیرزمین (زهکشی) هدایت می‌شود یا ممکن است در بیرون ریخته شود. گرما توسط کندانسوری که در خارج از اتاق قرار گرفته‌است برای خنک شدن منتقل می‌شود.

تولیدکننده آب آشامیدنی توسط انرژی خورشیدیویرایش

تولیدآب آشامیدنی با کیفیت توسط هیدرو پنلهای خورشیدی روی سقف انجام می‌شود که از انرژی خورشیدی و گرمای خورشیدی در طول روز به عنوان منبع انرژی بهره می‌گیرد.[۸][۹]

جستارهای وابستهویرایش

منابعویرایش

  1. This Gadget Makes Gallons of Drinking Water Out of Air Time Inc. April 24, 2014
  2. Water Extracted from the Air for Disaster Relief. National Public Radio; by Nell Greenfieldboyce; October 19, 2006
  3. Innovation Awards: Ahead of the Pack. Wall Street Journal. October 30, 2007.
  4. Drinking Water From Air Humidity. ScienceDaily (June 8, 2009)
  5. [۱]. Fraunhofer (2014)
  6. [۲] Simon Fraser University (April 25, 2016)
  7. "2016 Toyota Mirai Fuel-Cell Sedan". Retrieved 28 August 2016.
  8. "New rooftop solar hydropanels harvest drinking water and energy at the same time". Retrieved 2017-11-30.
  9. "Rain fed solar powered water purification systems". Retrieved 21 October 2017.