استخراج آب از هوا

استخراج آب از هوا روشی برای تامین آب است. یکی از مهمترین منابع مورد نیاز بشر در زندگی، دسترسی به آب های شیرین جهت مصارف خانگی و کشاورزی می باشد.

بعلاوه افزایش جمعیت و نیاز به افزایش تولیدات کشاورزی جهت تأمین غذای این جمعیت روزافزون، نشان داده است که نیاز به استفاده از زمین هایی که دسترسی مستقیم به آب های شیرین ندارند نیز وجود دارد. در همین راستا، پروژه جنگل زایی در بیابان یکی از اقدامات پیشرو در این زمینه بود که بر شیرین کردن آب دریا اتکا دارد.

یکی دیگر از تکنیک های استخراج آب از هوا که عمدتأ برای آب شرب و به میزان کمتری به منظور کشاورزی در مناطق فاقد دسترسی به آب رایج شده است، استفاده از سیستم هایی است که رطوبت هوا را تغلیظ و به آب تبدیل می کند. آب تولید شده در این سیستم ها، کیفیت بالایی داشته و بعنوان آب شرب با هدایت الکتریکی پایین و همچنین اسیدیته محدوده خنثی می باشد و می تواند برای کشاورزی، علی الخصوص در سیستم های هیدروپونیک استفاده شود.

استخراج آب از هوا

دستیابی به بازده ده برابری در سیستم های کشاورزی مدرن هیدروپونیک با استفاده از %10 از زمین و به کاهش مصرف آب به اندازه %10

این سیستم های استخراج آب از هوا (AWH: Air Water Harvester) به دو دسته کلی تقسیم بندی می شوند:

1. جمع آوری آب از مه

این سیستم ها به دو دسته سنتی و مدرن دسته بندی می شوند.

سیستم های سنتی از توری های مشبک استفاده می کنند که در جهت وزش باد و حرکت مه قرار می گیرند و با عبور مه، قطرات آب بروی توری جمع آوری می شوند و توسط نیروی جاذبه پس از رسیدن به یک وزن مشخص در پایین ظرف جمع آوری می شوند.

الگوی اصلی سیستم های مدرن استخراج آب از مه، سیستم های گیاهی و جانوری و با تقلید از آن ها استفاده می کنند که آب را از مه یا اتمسفر جمع آوری می کنند. مثالی از این موضوع، سوسک Stenocara gracilipes  در صحرای نامیب می باشد که دارای ریزشیارهایی در سطح بدن می باشد که با تجمع میکروقطره ها و هدایت آن ها به سمت دهان می تواند در مناطقی با بارش سالانه 12 میلیمتر زنده بماند. در این سیستم های استخراج آب از هوا ، برآمدگی های سطحی می توانند با متراکم سازی  بخارات و قطرات ریز آب، مصرف آشامیدنی را تأمین کنند.

2. جمع آوری آب شبنمی

این نوع سیستم های استخراج آب از هوا به سه دسته کلی تقسیم بندی می شوند که عبارتند از:

الف) سیستم غیرفعال (متراکم کننده سرد): این سیستم ها، کاملأ از تشکیل شبنم الگو گرفته اند. در این مدل، برجستگی های میکروسکوپی ریز کرک مانند در سطوح طراحی شده قرار می گیرد که با سرد شدن در مقایسه با هوای بیرون سبب متراکم سازی قطرات ریز بخار آب و در نتیجه تولید آب می شود. مهمترین ایرادات این سیستم ها شامل بازده پایین، وابستگی به پارامترهایی مانند رطوبت هوا، شدت وزش باد، و سایر عوامل باعث تلاش برای دستیابی به سیستم های جدیدتر شده اند.

ب) سیستم خشک کننده خورشیدی: این سیستم های استخراج آب از هوا از انرژی خورشید و یک ماده جاذب مانند سیلیکاژل یا زئولیت یا شبکه های فلز-آلی (MOF) استفاده می کنند. شیوه کارکرد آن ها بدین صورت است که این مواد در شب که رطوبت هوا بالاتر است در معرض هوا قرار می گیرند و رطوبت هوا را جذب می کنند. سپس در روز انرژی خورشیدی سبب بازگردادن قطرات آب و متراکم سازی آن ها می شود و متعاقبأ جذب آن ها صورت می گیرد و ماده جاذب نیز دوباره خشک می شود.

ج) سیستم های نوین فعال: سیستم هایی که در بالا توصیف شدند، همگی سیستم های غیرفعال استخراج آب از هوا هستند که به ورودی انرژی الکتریسیته نیازی ندارند. اما سیستم فعال متراکم کننده فعال، با استفاده از انرژی الکتریسیته، رطوبت هوا را بطور فعالی جذب و با فشرده سازی می تواند آب تولید کند. این سیستم ها بسته به انرژی الکتریکی صرف شده می توانند بازده های متغیر از چند لیتر تا بیش از 2000 لیتر آب آشامیدنی در روز تولید کنند. ساده ترین توضیح برای عملکرد این سیستم ها، شباهت آن ها به دستگاه های اسپیلت خنک کننده می باشد که هوای گرم و مرطوب را جذب و رطوبت و گرما را از آن جداسازی می کنند و هوای خنک بازپس می دهند. رطوبت نیز به شکل آب از دستگاه خارج می شود.

نکته آخر: سیستم های استخراج آب از هوا در مناطق مختلف به شیوه های متفاوتی می توانند استفاده شوند، با این حال سیستم های جمع آوری آب شبنمی می توانند از مناطقی که رطوبت هوا به بیش از 30 درصد می رسد نیز آب استخراج کنند.

نویسنده: دکتر احمدرضا نصیری