Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина провели испытания автономной установки для обеспечения пресной водой удаленных нефтегазовых объектов. В ее основе – технология извлечения атмосферной влаги с использованием разработанного в университете композитного сорбционного материала.
По расчетам исследователей, установка будет особенно эффективна на таких территориях с влажным климатом, как Каспийский шельф и Сахалин. В Восточной Сибири она может использоваться сезонно.
Испытания подтвердили, что в полевых условиях удельная производительность установки достигла 13,2 л воды с 1 м² активной площади за восьмичасовой цикл. Это приблизительно в 2–3 раза выше наиболее высоких опубликованных показателей близких по принципу действия пассивных систем и до 4,5 раз выше результатов сопоставимых установок, испытанных на открытом воздухе. Масштабированный модуль площадью 1 м² потенциально может обеспечивать до 40 л воды в сутки при благоприятных климатических условиях.
Сегодня доставка пресной воды на удаленные нефтедобывающие платформы на Каспийском шельфе, буровые площадки и вахтовые поселки на Сахалине и в Восточной Сибири требует регулярных рейсов судов или вертолетов и обходится значительно дороже, чем на материке. В результате на нефтяных платформах приходится использовать опреснители, сливающие в море концентрированный рассол, который вредит экосистемам.
«Новая технология позволяет получать пресную воду без отходов в виде рассолов, что делает ее экологически безопасной. Главный плюс – полная автономность установки: не нужны ни топливо, ни электрогенераторы, надо только солнце и воздух. Это особенно важно для удаленных районов, где нет энергосетей», – рассказал научный сотрудник кафедры физической и коллоидной химии Губкинского университета Дмитрий Репин.
В основе установки — композит из микрофибриллированной целлюлозы, которую получают на целлюлозно-бумажных предприятиях. Ученые модифицировали его полистиролом и пропитали гигроскопичными солями — хлоридами лития или кальция, которые поглощают влагу из воздуха. Поровая структура матрицы композита надежно удерживает соли, не давая им попасть в конденсат.
Чтобы создать дополнительную защиту от попадания рассолов в воду, исследователи сконструировали конденсационно-дренажный узел установки так, чтобы конденсат не соприкасался с сорбирующим материалом. Это также снижает риск загрязнения деталей при многократном использовании.
Устройство работает по циклическому принципу: ночью композитный материал активно поглощает влагу из воздуха, а днем под воздействием солнечного света нагревается и отдает накопленную воду в виде пара. Пористая структура композита обеспечивает поглощение водяного пара, а фототермический слой способствует выделению накопленной влаги под действием солнечного излучения. Пар конденсируется на охлаждаемой поверхности, после чего самотеком собирается в емкость.
«Высокая производительность достигается за счет разделения зон нагрева и конденсации. Линза концентрирует солнечное излучение на кассете с сорбентом, нагревая ее до 85-120 градусов, за счет чего интенсивно выделяется пар. Он перемещается в холодную зону конденсатора, где превращается в воду и стекает в емкость», – пояснил ученый.
Устройство готово к опытно-промышленным испытаниям на нефтегазовых объектах. На разработку получен патент.
На предыдущем этапе научного проекта ученые разработали и испытали установку для получения воды из воздуха в жарких регионах, в частности, в Крыму. На следующем этапе запланировано создание оборудования повышенной мощности с дополнительным питанием от солнечных батарей и автоматической реакцией на перемещения солнца. Это поможет применить технологию в большем числе регионов.
Справка
Идея использования атмосферной влаги для водоснабжения не нова – ее пытались реализовать на протяжении тысячи лет.
Согласно одной из гипотез, еще древние греки в засушливом Крыму могли собирать воду, конденсируя влагу воздуха на специальных каменных сооружениях.
Для проверки этой идеи инженер Ф.И. Зибольд в 1912 г. построил на горе Тепе-Оба возле г. Феодосии экспериментальный росовый конденсатор – курган из крупных камней диаметром около 8 м и высотой 6 м. По свидетельствам современников, установка работала: благодаря ночному охлаждению внутри груды камней образовывался конденсат. Зибольду удавалось собирать несколько десятков литров воды в сутки. Этот опыт стал одним из первых задокументированных примеров получения воды из воздуха.
Позднее, в 1930-е гг., выдающийся русский ученый К.Э. Циолковский искал решение для водоснабжения пустынь. В 1933 г. он опубликовал статью «Вода в сухих и безоблачных пустынях», где описал проект оригинального устройства – своего рода снаряда или вышки для конденсации воды в жарком пустынном климате. После Второй мировой войны исследования продолжились: появились расчетные модели росовых конденсаторов, началось экспериментальное изучение туманоуловителей.
В последние десятилетия научные проекты в этой области наиболее активно ведутся в России, Китае, США и Великобритании. Проблема автономного водоснабжения актуальна для многих регионов в мире. Ведущие мировые исследовательские центры ищут технические решения, которые позволят повлиять на развитие этих территорий.
Информация и фото предоставлены Отделом по связям с общественностью РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина
Источник фото: фотобанк «Газпром нефти»
