Multifunctional Hydrogel Sorbents with Hybrid Thermal Strategies for All-Weather Atmospheric Water Harvesting

Zbiranje vode iz ozračja na podlagi sorpcije (SAWH) predstavlja eno najbolj obetavnih strategij za ublažitev globalnega pomanjkanja sladke vode, saj omogoča zajemanje vlage iz ozračja pri nizki vlažnosti brez potrebe po energetsko intenzivnem hlajenju. Vendar pa široko uvajanje te tehnologije še vedno omejujejo počasna kinetična hitrost sorpcije in desorpcije, omejena zmogljivost absorpcije ter strukturna krhkost naprednih sorbentov. Mnogi najsodobnejši sorbenti se prav tako približujejo svojim termodinamičnim mejam, kar pušča malo prostora za nadaljnje izboljšave zmogljivosti zgolj z razvojem materialov. Kljub napredku, doseženemu z radiativnim hlajenjem (RC) in sončnim ogrevanjem, sedanje tehnologije SAWH še vedno ne morejo zagotoviti zanesljive, neprekinjene in prilagodljive proizvodnje vode v različnih podnebnih razmerah. Projekt CoolHeatHarvest se s temi izzivi spopada s pomočjo integriranega inženirstva materialov, prilagodljivega upravljanja s toploto in celostnega načrtovanja sistemov. Njegov inovativen večnačinski toplotni okvir združuje RC, sončno ogrevanje in nizkonapetostno Jouleovo ogrevanje, da zagotovi sproščanje vode po potrebi 24 ur na dan, tudi v slabih svetlobnih razmerah in ponoči. Prilagojena 3D-tiskana ogrodja okrepijo krhke hidrogelne sorbente, hkrati pa delujejo kot vgrajeni elementi Jouleovega ogrevanja, kar pospeši desorpcijo in izboljša dolgoročno trajnost. Poleg tega bodo inovativne strategije toplotne koncentracije, ki jih je uvedla gostiteljska institucija, okrepile sevalne in fototermalne učinke za povečanje učinkovitosti in donosa. Vzporedno s temi napredki bo modeliranje COMSOL Multiphysics povezalo mikroskopske interakcije med sorbentom in toploto z makroskopskimi simulacijami sistema, da bi zagotovilo temeljito razumevanje mehanizmov in usmerjalo razvoj novih konceptov, kar bo omogočilo robustno, predvidljivo in prilagodljivo optimizacijo naprav. S hkratnim premagovanjem omejitev na ravni materialov in neučinkovitosti na ravni sistema CoolHeatHarvest utira pot k praktičnemu, trajnostnemu in podnebnim spremembam prilagodljivemu pridobivanju vode iz ozračja.