روش‌های تولید آب از هوا

دانشنامه آب شفا

امروزه به دلیل محدودیت منابع آبی و خشکسالی در مناطق زیادی از سراسر جهان، تامین آب بسیار حائز اهمیت است. تکنولوژی تولید آب از هوا به عنوان یک منبع مهم تامین آب مورد توجه قرار گرفته است.  دانشنامه شفا در این مقاله به معرفی روش‌های تولید آب از هوا می‌پردازد.

تولید آب از هوا

تولیدکننده آب از هوا (AWG) وسیله‌ای است که آب را از هوای مرطوب محیط تولید می‌کند.

با متراکم کردن هوا، می‌توان بخار آب موجود در آن را استخراج کرد. برای استخراج رطوبت موجود در هوا، آن را زیر نقطه شبنم خنک می‌کنند یا در معرض خشک‌کن‌ها قرار می‌دهد یا تحت فشار قرار می‌دهد. برخلاف دستگاه رطوبت‌گیر، AWG  به منظور تهیه آب قابل شرب طراحی شده است.

تولید آب از هوا AWG در جاهایی که بدست آوردن آب آشامیدنی خالص دشوار یا غیرممکن است مفید است، زیرا همیشه تقریبا مقدار کمی آب در هوا وجود دارد که می‌توان آن را استخراج کرد.

دو روش اصلی مورد استفاده، خنک کنندگی و خشک کردن است. استخراج آب از هوا به انرژی قابل توجهی نیاز دارد.

برخی از روش‌های AWG کاملاً منفعل است و به تفاوت دمای طبیعی متکی است و به منبع انرژی خارجی احتیاج ندارد. مطالعات زیست پزشکی نشان می‌دهد که سوسک Stenocara gracilipes توانایی طبیعی انجام این کار را دارد.

فن‌آوری‌های مدرن تولید آب از هوا

بسیاری از ژنراتورهای آب از هوا بسیار شبیه به دستگاه رطوبت‌ساز عمل می‌کنند: هوا از روی سیم‌پیچ خنک‌کننده عبور می‌کند و آب متراکم می‌شود.

میزان تولید آب بستگی به دمای محیط، رطوبت، میزان هوای عبور کرده از سیم‌پیچ و ظرفیت دستگاه برای خنک کردن سیم‌پیچ دارد. این سیستم‌ها دمای هوا را کاهش می‌دهند و این به نوبه خود باعث کاهش ظرفیت هوا برای حمل بخار آب می‌شود. این فن‌آوری رایج‌ترین روش تولید آب از هوا در حال استفاده است، اما هنگامی که از برق حاصل از زغال سنگ استفاده می‌شود، در منبع آب ردپای کربن به جا می‌ماند.

یک فناوری جایگزین در دسترس، از دفع‌کننده‌های رطوبت مانند لیتیوم کلرید یا لیتیم برومید برای استخراج آب از هوا از طریق فرآیندهای ریزگردها استفاده می‌کند.

یک روش مشابه پیشنهادی استفاده از خشک‌کن‌های جامد مانند سیلیکا ژل و زئولیت است که با میعان فشار اعمال می‌کند.

آب آشامیدنی با کیفیت مناسب با استفاده از نور خورشید با وسایل تولید مستقیم نیز تهیه می‌شود. برای تهیه 1 لیتر آب Wh 310 لازم است.

روش‌های اصلی تولید آب از هوا

خنک کنندگی متراکم

در نوع خنک‌کنندگی متراکم تولید آب از هوا، یک کمپرسور مبرد را از طریق یک کندانسور و سپس یک کویل تبخیرکننده که هوا اطراف آن را خنک می‌کند، گردش می‌کند. دمای هوا را تا نقطه شبنم پایین می‌آورد و آب متراکم می‌شود. یک پنکه با سرعت کنترل شده، هوای فیلتر شده را بر روی سیم پیچ فشار می‌دهد.

سپس آب حاصل با استفاده از سیستم تصفیه، تصفیه شده و به منظور تمیز نگه داشتن آب به مخزن نگهدارنده منتقل می‌شود و خطرات ناشی از ویروس‌ها و باکتری‌ها که ممکن است از هوای محیط موجود در سیم‌پیچ تبخیرکننده جمع شود، کاهش می‌یابد.

میزان تولید آب بستگی به رطوبت نسبی و دمای هوای محیط و اندازه کمپرسور دارد. با افزایش رطوبت نسبی و افزایش دمای هوا، تولید آب از هوا مؤثرتر می‌شود.

وقتی که درجه حرارت به زیر 3/18 درجه سانتی‌گراد (65 درجه فارنهایت) یا رطوبت نسبی به زیر 30 درصد افت کند، ژنراتورهای خنک‌کننده به طور مؤثر کار نمی‌کنند. این بدان معنی است که آن‌ها وقتی در داخل دفاتر تهویه مطبوع قرار دارند نسبتاً ناکارآمد هستند. مقرون به صرفه بودن یک AWG بستگی به ظرفیت دستگاه، رطوبت محلی و شرایط دما و هزینه انرژی در واحد دارد.

اخیراً تلاش شده است تا از اثر Peltier مواد نیمه‌رسانا استفاده شود که در آن یک طرف مواد نیمه‌رسانا گرم می‌شود و طرف دیگر آن را سرد می‌کند. در این کاربرد، هوا بر روی باله‌های خنک‌کننده در طرف خنک شده مجبور می‌شود که دمای هوا را تا نقطه شبنم پایین می آورد و باعث می شود که آب متراکم شود، پس از آن آب حاصل جمع می‌شود.

با توجه به جامد بودن مواد نیمه‌رسانا، آنها برای واحدهای قابل حمل جذاب هستند، گرچه در رطوبت معمولی با مصرف زیاد انرژی کولرهایPeltier ، راندمان پایین است.

ظرفیت تولید آب آشامیدنی را می‌توان در هوای با رطوبت کم با استفاده از کولر تبخیرکننده با منبع آب شیرین و افزایش رطوبت هوا در نزدیکی نقطه شبنم افزایش داد. بنابراین، آب آشامیدنی بدون استفاده از رطوبت هوای محیط توسط تولیدکننده آب، با استفاده از آب ولرم تولید می‌شود.

خشک‌کردن

یک روش تولید آب شیرین، استفاده از نمک در محلول آب نمک غلیظ برای جذب رطوبت محیط است. این سیستم‌ها آب را از محلول خارج کرده و آن را برای مصرف تصفیه می‌کنند. این فناوری به صورت دستگاه‌های قابل حمل تولید شده است که روی ژنراتورها کار می‌کنند.

نسخه‌های بزرگ نصب شده روی تریلرها تا4500 لیتر در روز، با نسبت حداکثر 5 گالن آب به ازای هر گالن سوخت تولید می‌کنند. این فناوری برای استفاده ارتش آمریکا و نیروی دریایی ایالات متحده از Terralab و آژانس مدیریت اضطراری فدرال (FEMA) منعقد شده است.

این فن‌آوری از طریق استفاده از انرژی خورشیدی منفعل و گرانش که سازگار با محیط زیست است، توسعه یافته است.

آب نمک در بیرون برج‌ها، جایی که آب را از هوا جذب می‌کند به پایین جریان دارد. سپس آب نمک وارد یک محفظه می‌شود و در معرض خلاء جزئی قرار گرفته و گرم می‌شود.

بخار آب متراکم شده و آب مایع جمع می‌شود، در حالی که آب نمک تجدید شده از طریق سیستم مجددا سیرکوله می‌شود. آب تغلیظ شده با استفاده از نیروی جاذبه از سیستم خارج می‌شود، خلاء ایجاد می‌کند که نقطه جوش آب نمک را پایین می‌آورد.

سیستم‌های ترکیبی از جذب، تبرید و میعان نیز توسعه یافته‌اند.

شبکه عرضه و تقاضای فناوری های حوزه آب (شفا)، سعی دارد تا با ایجاد یک فضای فناورانه، معرفی و بررسی روش‌های تولید آب از هوا، راهی را در راستای بهبود و ارتقا کیفیت آب و زندگی، هموار کند.