V suchých oblastech světa je obvykle nedostatek zdrojů energie a nouze o vodu. Slunce tu svítí celé dny a neustále vše vysušuje. Přesto i zde voda je, a sice ve vzduchu ve formě vodní páry. V noci může relativní vzdušná vlhkost přesáhnout i 60 procent. Přeměna vodní páry na použitelnou kapalinu je už dlouhodobě cílem výzkumníků. Tým ze saúdskoarabské univerzity King Abdullah University of Science and Technology v Thuwalu, který vede Peng Wang, již vyvinul slibné koncepty. Ve své aktuální studii ukazují, jak lze moduly pro výrobu solární energie efektivně využít k získávání vody ze vzduchu.

Nově vyvinutý systém nazvali „Water-Electricity-Crop Co-Production System“. Základem je fotovoltaický modul, který dodává při vystavení slunečnímu záření solární energii. Zahřívání na slunci ale omezuje jeho účinnost – rozžhavené solární články produkují méně energie. V tomto novém konceptu vědci využili odpadní teplo ze solárního modulu jako zdroj energie pro produkci vody. Dochází k ohřívání speciálního hydrogelu, který uvolňuje vodu absorbovanou v noci ze vzduchu.

Tento speciální hydrogel vyvinul Wang se svým týmem již dříve. Skládá se především z chloridu vápenatého, což je cenově dostupná a netoxická sůl s extrémně vysokou afinitou k vodě. Z okolního vzduchu dokáže absorbovat tolik vlhkosti, že se mění na kapalný roztok. Pro udržení tvaru spojili vědci sůl s polymerem. Vzniklý materiál dokáže absorbovat velké množství vody a přitom zůstat pevný – tvoří tzv. hydrogel. Zahřátím pak může absorbovanou vodu opět uvolnit ve formě páry, která následně kondenzuje a je shromažďována.

Fungování systému je následující: Během chladné a vlhké pouštní noci jsou hydrogelové jednotky pod solárním panelem vystaveny vzduchu a absorbují z něj vlhkost. Sluneční svit během dne umožňuje výrobu elektřiny v solárních článcích, které zároveň ohřívá. Odpadní teplo je předáváno hydrogelovým jednotkám umístěným přímo pod solárními panely. Ty pak „vypotí“ nahromaděnou tekutinu a vzniklá pára pasivně kondenzuje v kovové komoře. Čistá voda končí ve sběrné nádrži.

Zařízení, na kterém byl tento koncept ověřován, má tři sady fotovoltaických panelů o rozměrech 60 x 30 cm. Jsou napojeny na pěstební box, ve kterém bylo po dobu dvou týdnů zavlažováno 60 rostlin vodního špenátu (polovodní rostliny pěstované pro své jemné výhonky). Rostliny byly zásobovány výhradně vodou získanou ze vzduchu a podle výzkumníků prospívaly skvěle. Vedle elektřiny systém dodal za dva týdny dva litry vody. Produkce vody a pěstování rostlin nespotřebovává žádnou vyrobenou energii.

Tým zdůrazňuje, že kromě získávání vody existuje ještě jedno využití, a sice chlazení solárních článků. K tomu se během dne jednoduše otevře kondenzační nádrž, aby vlhkost z hydrogelových jednotek mohla odpařováním účinně zajistit chlazení. Testování během tří měsíců ukázalo, že solární panely se ochladily až o 17 °C a výrobu elektřiny zvýšily až o téměř 10 %. Konstrukce umožňuje snadné přepínání obou režimů. Užitečnější se ale zdá uplatnění v kombinaci s produkcí vody.

Je odhadováno, že přibližně dvě miliardy lidí nemají přístup k nezávadné pitné vodě, 800 milionů lidí žije bez elektřiny a 700 milionů trpí hladomorem. „Část světové populace stále nemá přístup k čisté vodě a zelené energii a mnoho těchto lidí žije v odlehlých venkovských oblastech se suchým klimatem,“ říká Wang. „Doufám, že se náš návrh může stát soběstačným energetickým a vodním systémem pro osvětlení domů a zavlažování rostlin.“ Aby bylo možné koncept použít v praxi, plánuje tým ještě více zvýšit kapacitu absorpce vody hydrogelem. Při vysokých teplotách se také rychle snižuje trvanlivost hydrogelu. Další studie by se měly zaměřit na snížení množství materiálu pro výrobu tohoto systému.

Zajímají Vás inovace v energetice? Přihlaste se ke studiu elektroenergetiky na Fakultě elektrotechnické Západočeské univerzity v Plzni.

Zdroje:

www.wissenschaft.de/technik-digitales/solarstromanlage-mit-oasen-effekt/

www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386422000480?via%3Dihub#!