Стартап у стилі «Дюни» навчився добувати воду просто з повітря

Каліфорнійський стартап Atoco розробив технологію, яка дає змогу добувати воду безпосередньо з повітря, використовуючи для цього тепло, що зазвичай вважається промисловим відходом. Рішення особливо цікаве для дата-центрів, підприємств і регіонів із дефіцитом води, де одночасно є потреба в охолодженні обладнання та доступі до чистої рідини.

За задумом розробників, система може працювати навіть у дуже сухому кліматі. Вона не потребує традиційного водопостачання, складної інфраструктури чи значних витрат електроенергії. Саме тому технологія викликає асоціації з всесвітом «Дюни», де мешканці пустель змушені були збирати та зберігати кожну краплю вологи.

Однак у реальній системі немає фантастики. Її основу становить спеціальний матеріал, здатний уловлювати молекули води з повітря, а потім віддавати їх під час нагрівання. Найбільший економічний ефект очікують отримати там, де тепло вже утворюється в процесі роботи обладнання й нині просто викидається назовні.

Як працює добування води з повітря

Усередині установки розміщений металоорганічний каркас. Це пористий матеріал із величезною внутрішньою поверхнею. На звичайний погляд він може нагадувати сухий порошок або тверду пластину, проте на мікроскопічному рівні складається з безлічі пор, у яких затримуються молекули води.

Один грам такого матеріалу має внутрішню площу, співмірну з площею двох футбольних полів. Завдяки цьому невелика кількість речовини може контактувати з великим об’ємом повітря. Коли повітря проходить крізь установку, водяна пара осідає в мікроскопічних порожнинах і утримується там навіть за низької вологості.

Матеріал працює за принципом твердої губки. Він вбирає вологу, але не стає мокрим на дотик і не перетворюється на рідку масу. Тому механічно вичавити воду з такої «губки» неможливо. Для вилучення вологи потрібен інший процес — контрольоване нагрівання.

Коли температура матеріалу підвищується приблизно до 38 градусів за Цельсієм, молекули води залишають пори. Волога переходить у парову фазу, а потім охолоджується в окремій частині установки та конденсується у воду. За описом розробників, отримана рідина може бути чистою, однак перед використанням для пиття вона все одно має проходити необхідний контроль якості та, за потреби, додаткове очищення.

Ключова перевага системи полягає в низькій температурі регенерації. Для запуску процесу не потрібно спалювати паливо або створювати потужне електричне нагрівання. Установка може використовувати тепло, яке вже утворилося в іншому технологічному процесі.

Чому технологія цікава дата-центрам

Сучасні дата-центри споживають значні обсяги електроенергії та виділяють багато тепла. Сервери працюють цілодобово, а стабільна температура є критично важливою для безпеки обладнання. Через це оператори будують складні системи охолодження, які потребують додаткових ресурсів і часто використовують воду.

За традиційної моделі дата-центр намагається якомога швидше відвести зайве тепло в навколишнє середовище. Atoco пропонує інший підхід: спрямувати гаряче повітря або інше доступне низькопотенційне тепло на регенерацію матеріалу, що накопичив воду.

У такій схемі один ресурс виконує одразу дві функції. Спочатку тепло забирають від серверного обладнання, щоб підтримати його робочу температуру. Потім цю саму енергію використовують для вивільнення води з пористого матеріалу. Отриману рідину можна спрямувати на потреби системи охолодження або використовувати для інших технічних завдань підприємства.

Економічний сенс рішення очевидний: компанія не лише зменшує навантаження на систему охолодження, а й частково скорочує потребу в закупівлі води. Крім того, наявність власного джерела технічної води може бути важливою для дата-центрів, розташованих у посушливих регіонах або місцевостях, де комунальна інфраструктура вже працює на межі можливостей.

За заявленими показниками, один блок установки здатен збирати до 300 літрів води на добу. Надалі компанія планує створювати потужніші системи продуктивністю близько тисячі літрів на день і об’єднувати окремі модулі у великі комплекси. Такий модульний принцип дає змогу підбирати потужність відповідно до розміру об’єкта та кількості доступного тепла.

Перспективи для посушливих регіонів та економіки

Технологія може бути корисною не лише для серверних комплексів. Її потенційними користувачами є промислові підприємства, логістичні центри, виробничі майданчики, об’єкти відновлюваної енергетики та автономні поселення. У всіх цих випадках важливо отримувати воду там, де прокладання трубопроводу є дорогим або технічно складним.

Особливий інтерес становлять пустельні та напівпустельні території. Навіть якщо відносна вологість повітря не перевищує 20 відсотків, у ньому все одно міститься певна кількість водяної пари. Звичайні системи осушення за таких умов можуть споживати багато енергії, тоді як матеріал із високою здатністю до адсорбції працює ефективніше за низьких концентрацій вологи.

За оцінкою компанії, нинішня собівартість добутої води становить приблизно п’ять доларів за тонну. У майбутньому цей показник планують зменшити до двох доларів завдяки масштабуванню виробництва, оптимізації конструкції та використанню доступного промислового тепла. Остаточна економіка залежатиме від клімату, температурного режиму, вартості обладнання та способу очищення води.

Водночас технологія має низку викликів. Для стабільної роботи потрібен постійний потік повітря, а продуктивність залежить від його вологості та температури. У пустелі установка може збирати воду, але для отримання великих обсягів знадобляться значні габарити або велика кількість модулів. Необхідно також оцінити довговічність металоорганічного каркаса, його стійкість до забруднення та витрати на обслуговування.

Важливим питанням залишаються стандарти якості. Вода, що конденсується з повітря, може містити домішки з атмосфери, а сам матеріал установки має бути безпечним для контакту з рідиною. Тому промислове використання та виробництво питної води потребуватимуть різних рівнів фільтрації й контролю.

Попри це, підхід Atoco демонструє зміну логіки у використанні ресурсів. Тепло, яке раніше вважалося непотрібним побічним продуктом, може стати джерелом води. Для бізнесу це означає можливість одночасно зменшувати витрати на охолодження, знижувати залежність від водопровідної інфраструктури та покращувати екологічні показники.

Добування води з повітря навряд чи одразу замінить річки, свердловини чи опріснення морської води. Проте в поєднанні з дата-центрами та іншими об’єктами, що виробляють багато тепла, така система може стати практичним додатковим джерелом води. Якщо розробникам вдасться здешевити обладнання та зберегти продуктивність у різних кліматичних умовах, технологія матиме перспективи для міжнародного ринку й допоможе підприємствам адаптуватися до зростання дефіциту водних ресурсів.