Ob Sie es glauben oder nicht, Luft enthält so viel Wasser wie sechsmal so viele Flüsse der Welt kombiniert.
Dies ist meistens in der Form von Wasserdampf, und es füllt sich tatsächlich alle 8 bis 10 Tage auf natürliche Weise – geben oder nehmen. Dies bietet ein wertvolles potenzielles Reservoir an Süßwasser, das relativ leicht angezapft werden könnte.
Alles was wir brauchen ist die richtige Technologie.
Kann man Wasser aus der Luft destillieren?
Wie sich herausstellt, können Sie das mit Sicherheit. Tatsächlich verschiedene Wasser-aus-Luft-Technologien gibt es schon seit einiger Zeit.
Die meisten dieser Systeme funktionieren wie von Geisterhand und erfüllen ihre Hauptaufgabe effektiv, verbrauchen dafür jedoch viel Energie. In diesem Sinne sind solche Technologien nicht unbedingt nachhaltig.
In den meisten Fällen basieren bestehende Lösungen auf dem Prinzip, das Klimaanlagen zugrunde liegt – dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik und im weiteren Sinne der Carnot-Zyklus. Auch auf andere Technologien wie Kühlschränke angewendet, ist es möglich, künstlich kalte Oberflächen zu erzeugen, die dazu verwendet werden können, Wasser aus der Luft zu entziehen.
Dazu wird Umgebungsluft über diese kalten Oberflächen geleitet und ein Teil der Luftfeuchtigkeit wird als Süßwasser auskondensiert. Während die Verwendung von Luft als Wasserquelle sinnvoll ist, ist die Fülle an Wasserdampf in der Atmosphäre gegeben, die Verwendung stromintensiver Klimaanlagen zur Gewinnung von Wasser aus Luft trägt zu einem erheblichen CO2-Fußabdruck dieses Wassers bei und ist auf lange Sicht nicht nachhaltig.
Bestehende Lösungen von Unternehmen wie dem israelisches Wasser, und die Indisches Unternehmen Maithri Aquatech Verwenden Sie diese auf Klimaanlagen basierenden Lösungen, um Wasser aus Luft zu erzeugen. Obwohl sie gut funktionieren, wird dafür viel Energie benötigt – irgendwo in der Größenordnung von 300-600 Wh/L. Dies ist finanziell teuer, aber wenn dieStrom wird mit fossilen Brennstoffen erzeugt, wie z. B. konventionelle Generatoren mit Verbrennungsmotor oder Kohlekraftwerke, er kann auch teuer für die Umwelt sein.
Es gibt Möglichkeiten, sie mit Solarmodulen zu kombinieren, aber die enorme elektrische Last und der erhöhte Bedarf an Batteriespeichern erhöhen die Kosten für solches Wasser immer noch erheblich.
Also, was ist die Lösung?
Eine Möglichkeit besteht darin, sich vom Wärmepumpenansatz zu entfernen und Trockenmittel zu verwenden, die den hohen Energiebedarf aktiverer Systeme verringern können.
Dies ist eine relativ unerforschte Technologie, und die fraglichen Trockenmittelmaterialien sind normalerweise speziell auf eine hohe Affinität insbesondere für Wasserdampf ausgelegt. Es erfordert auch einen gewissen Wärmebedarf, um zu funktionieren.
Diese Lösung ist nicht ganz neu und Unternehmen wie Quelle global, auch bekannt als Zero Mass Water, gehörten zu den ersten Anbietern, die eine Trockenmittel-basierte Technologie im Wasser-aus-Luft-Raum einsetzten. Das Unternehmen hat viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen und wurde mit einer Finanzierung von mehreren Millionen Dollar von Investoren wie Jeff belohntBezos und Bill Gates.
Ihr Aufbau besteht aus zwei wesentlichen Untereinheiten: der Trockenmitteleinheit und der Wärmeeinheit, die beide physisch miteinander verbunden sind. Solarenergie treibt Ventilatoren anRaumluft ansaugen und durch ein hygroskopisches – oder wasserabsorbierendes – Material drücken, das Wasserdampf aus der Luft einfängt. Der Wasserdampf wird abgesaugt und kondensiert passiv zu Flüssigkeit, die dann zur Verwendung gesammelt wird.Die Platten haben jeweils eine Leistung von etwa 1,32 Gallonen 5 Liter pro Tag und Einheit. Jede Einheit wiegt jedoch etwa 220 lb 100 kg und nimmt eine Fläche von etwa 32,3 sq ft 3 m² ein.
Eine Skalierung der Produktgröße über 1,32 Gallonen 5 Liter pro Tag würde eine erhebliche Erhöhung des Gewichts und der Panelfläche erfordern. Das System ist auch auf direktes Sonnenlicht angewiesen, um seine Verwendung auf Bereiche zu beschränken, die bereits relativ sonnig und trocken sind.
X Moonshot-Fabrik, ein Forschungszweig von Alphabet, hat auch ein Wasser-aus-Luft-Produktbasierend auf einem ähnlichen Ansatz, der die beiden Einheiten auch physisch koppelt.
Allerdings leidet es auch unter eingeschränkter Wassererzeugungskapazität. Wenn ein höheres Wasservolumen benötigt wird, werden einfach zusätzliche Module hinzugefügt, ohne Systemoptimierung und Kostensenkung, wie zum Beispiel wenn Source Global große Wasserfarmen durch den Anschluss von Hunderten von Hydropanels erstellt.
Dies bedeutet, dass bestehende Lösungen wie diese nur eine relativ begrenzte Skalierbarkeit aufweisen – ein ernsthaftes Problem, um sie für potenzielle Kunden wirtschaftlich rentabel und attraktiv zu machen.
Wie funktioniert das System von Uravu?
Eine der interessantesten Innovationen auf dem Weg zu praktikablen Wasser-aus-Luft-Systemen wird von entwickeltUravu. Ihr funktionierender Prototyp leitet Luft in eine Kammer, die ein austrocknendes Material wie Kieselerde enthält.
Hier wird Wasser aus der Luft aufgenommen.
Sobald es vollständig mit Wasser gesättigt ist, wird das Trockenmittel des Wasserloggers dann erhitzt, um das Wasser in flüssiger Form durch einen als "Desorption" bekannten Prozess zu extrahieren.
Von dort kann das Wasser gebrauchsfertig gefiltert, aufbereitet usw. werden. Einfach, aber effektiv!
Dieser Ansatz ist relativ weniger kapitalintensiv, erfordert weniger Energie zum Betrieb und erfordert auch viel weniger Wartung als andere ähnliche Lösungen.Das in der Maschine verwendete Trockenmittel hat eine Haltbarkeit von etwa zehn Jahren, die restlichen Komponenten sind meist konventionelle elektronische Komponenten wie Lüfter und Rohre. Der gesamte Prozess kann mit Solarenergie, Biomasse oder industrieller Abwärme betrieben werden.
Wie bereits erwähnt, ist das System von Uravu viel skalierbarer als die Konkurrenz.
Wenn Sie beispielsweise 100 Quelleinheiten des Zero Mass Water-Systems installieren würden, würden sie nur mit der gleichen Betriebseffizienz wie eine einzelne Einheit arbeiten, die allein arbeitet. Die Maschine von Uravu kann jedoch die besseren Skaleneffekte nutzendas kann mit einer kundenspezifischen Lösung erreicht werden.
"Die für den Desorptionsprozess verwendete Heizeinheit ist einer der energieintensivsten Teile des Prozesses der Uravu-Maschine. Das Team hinter Uravu stellt sich massive Großanlagen mit zentralen Solarheizungssystemen ähnlich dem vorFernheizwerkewird zum Heizen ganzer Wohnanlagen und Stadtteile verwendet. Diese groß angelegten zentralisierten Lösungen werden auch die Wartung vereinfachen."Erkläre Inc42.
„Die Wasserkosten im ersten Pilotprojekt werden hoch sein. In Zukunft wird unser erster Meilenstein darin bestehen, Kosten von 5 INR pro Liter für eine einzelne Dachanlage zu erreichen, die 20 Liter Wasser pro Tag produzieren kann“, erklärte Garg„Aber wenn die Skala größer wird, erwarten wir, dass die Kosten deutlich auf etwa 2,5 INR pro Liter sinken“, fügte er hinzu.
Bei dieser Art von Maßstab wird jedes Wasser, das mit Uravus Technologie produziert wird viel teurer als das, was Fabriken normalerweise für Wasser bezahlen müssen. Dies hängt jedoch davon ab, dass natürliche Vorräte angezapft werden. Aber das kann sich eher früher als später ändern.
Laut Angaben der Aquädukt-Tool des World Resources Institute, 17 Länder, in denen ein Viertel der Weltbevölkerung beheimatet ist, sehen sich einem „extrem hohen“ Grundwasserstress ausgesetzt, in dem bewässerte Landwirtschaft, Industrien und Gemeinden im Durchschnitt jedes Jahr mehr als 80 % ihres verfügbaren Angebots entziehen.
Das ist eine potenzielle Katastrophe, die darauf wartet, zu passieren.
Einundvierzig andere Länder in denen ein Drittel der Weltbevölkerung lebt Gesicht"hoher Stress, wobei jedes Jahr 40% des verfügbaren Angebots zurückgenommen werden. Diese Verengung von Angebot und Nachfrage macht diese Länder und ihre Bevölkerung sehr anfällig für zukünftige Dürren.
Es könnte auch zu sogenannten "Day Zero"-Ereignissen führen, wie es in fast passiert wäreKapstadt, Südafrika in 2018, Als der Wasserstand der großen Dämme, die die Stadt versorgen, fast ein Niveau erreichte, das niedrig genug war, um die Stadt zu zwingen, den größten Teil ihrer Wasserversorgung abzustellen.
Ein weiteres Land, das ernsthaft von Wasserstress bedroht ist, ist Uravus Heimatland Indien. Laut einem Bericht des Think Tanks für öffentliche Politik aus dem Jahr 2019 NITI Aayog, betitelt “Composite Water Management Index“, Indien erlebt die schlimmste Wasserkrise seiner Geschichte und fast 600 Millionen Menschen sind extremen bis hohen Wasserstress ausgesetzt. NITI Aayog hat auch festgestellt, dass fast 70% des Wassers des Landes in irgendeiner Weise verseucht sind. Dies stellt Indien in120. Platz im Wasserqualitätsindex von WaterAid, von 122 untersuchten Ländern.
Das ist sehr ernst.
Wie können auf Trockenmittel basierende Luft-aus-Wasser-Systeme skalierbar werden?
Das hat mich angespornt Startup Uravu aus Bangalore um zu versuchen, genau dieses Problem zu lösen. Nach der Evaluierung aktueller Lösungen in der Branche wurde schnell klar, dass die Skalierbarkeit eine echte Achillesferse der Technologie ist.
Um dies zu entschärfen, entschied sich Uravu, die Heizeinheit und die Trockenmitteleinheit zu entkoppeln und die thermodynamischen Prozesse entsprechend zu ändern. Dies sollte es ermöglichen, die Wasserproduktionskapazitäten zu erhöhen, in einem solchen Konzept sollten die Teilsysteme auch unabhängig voneinander skalierenletztendlich die Kosten für die Wasserproduktion erheblich senken.
Zum Beispiel wären für eine Nennkapazität von 528 Gallonen 2000 Liter pro Tag mindestens 400 Source-Global-Panels erforderlich. Diese 400 Panels mit sich wiederholenden Teilen werden lediglich ohne jegliche Synergie dupliziert. Andererseits für dieBei gleicher Kapazität von 528 Gallonen 2000 Liter pro Tag sollte das Uravu-System, so fanden sie, nur einen Satz Sonnenkollektoren und eine zentrale Trockenmitteleinheit benötigen.
Die Möglichkeit, sich wiederholende Einheiten zu vermeiden, sollte laut Urava dazu führen, dass die Kosten der Wasserproduktion um bis zu 70 Prozent sinken! Aber das ist nur die halbe Wahrheit.
Bestehende Trockenmittel-/Solar-basierte Systeme können nur tagsüber wirklich Wasser erzeugen. Wenn die Sonne untergeht, macht die fehlende Sonneneinstrahlung die Solarmodule offensichtlich in merklichem Maße funktionsunfähig.
Als Ergebnis der Auslastungsfaktor für Lösungen wie Source Global Durchschnittlich etwa 25 % pro Jahr.
Da die Uravu-Systeme die Wärmequelle vom Trockenmittelkern entkoppeln, ist das System flexibler, dh es kann ein Wärmespeicher hinzugefügt werden, der hilft, seine erneuerbaren Wasser produzierenden Maschinen auch nachts mit Wärme zu versorgen.
Infolgedessen beträgt der Auslastungsgrad der Uravu-Maschinen an einem sonnigen Tag fast 100 % und jährlich etwa 80 %. Dies bietet eine deutliche Steigerung des Auslastungsgrads, stellt eine ordnungsgemäße Auslastung der Trockenmitteleinheit sicher und führt somit zu einergeringere Kosten für die Wasserproduktion.
Ein weiterer Vorteil des innovativen Systems von Uravu ist der zusätzliche Vorteil, dass das System an jede Wärmequelle über 167 ° F - 75 ° C angeschlossen werden kann, einschließlich Abwärme, Solarwärme, Biomassewärme usw.
Dies bietet einen klaren Betriebs- und Skalierungsvorteil gegenüber anderen konkurrierenden Systemen, die durch ihre festen Heiz- und Trockenmittelmodule eingeschränkt sind. Das System von Uravu hat auch viel mehr Anwendungen und Branchen – insbesondere solche, die bei ihren Aktivitäten irgendwann Abwärme erzeugen.
Außerdem sind Abwärmesysteme kompakter und benötigen keine großen Grundstücke. Sie können auch effektiv 24 Stunden am Tag laufen, da sie während des gesamten Zeitraums mehrere Adsorptions- und Desorptionszyklen durchlaufenTag-und Nacht.
Was sind einige der Hauptanwendungen für die Wasser-Luft-Technologie?
Skalierbare Lösungen, wie sie von Uravu entwickelt werden, haben verschiedene interessante Anwendungen, die sich für verschiedene Branchen als bahnbrechend erweisen könnten.
Zum Beispiel könnte eine Technologie, die Trockenmittel verwendet und in verschiedene Formen erneuerbarer Energiequellen wie Solarenergie, Abwärme oder Biomasse angeschlossen werden kann, eine wichtige Rolle bei den Sustainable Development Goals SDG der Vereinten Nationen UN spielen, insbesondere Ziel 6: Sicherstellung der Verfügbarkeit und nachhaltigen Bewirtschaftung von Wasser und Sanitärversorgung für alle. Tatsächlich war Uravu Labs einer der fünf globalen Finalisten der Wasserfülle XPRIZE im Jahr 2018.
Unternehmen wie Uravu hoffen, eine neue Art von vollständig erneuerbarer Wasserinfrastruktur für die Moderne aufzubauen. Um dies zu verwirklichen, ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Technologie skalierbar und bezahlbar ist.
Wenn dies einmal erreicht ist, könnten viele Branchen die Früchte für den Einsatz dieser Technologie ernten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die Getränkeindustrie, große Bürogebäude wie Google, Microsoft usw., Schulen, Krankenhäuser, unabhängige Häuser und Bevölkerungsgruppenstärker von Wasserstress in ländlichen und abgelegenen Gebieten betroffen.
Erstes ist für Unternehmen wie Uravu am interessantesten, da es naturgemäß jedes Jahr große Mengen Wasser verbraucht. Nach einigen Schätzungen irgendwo im Bereich von 1.500 Milliarden Litern. A laut Wasser-Fußabdruck-Netzwerk, eine Forschungsgruppe, die sich mit Wasserfragen beschäftigt, braucht es bis zu 310 Liter Wasser, um einen halben Liter Soda herzustellen, 300 Liter, um einen Liter Bier herzustellen, und 140 Liter, um die Zutaten zu verarbeiten, die in einer Tasse Kaffee enthalten sind.
Laut Pardeep Garg, einem der Mitgründer von Uravu Labs, sieht das Unternehmen zunächst Getränkehersteller als Zielmarkt an.
"Wir wollen uns auf den Getränkemarkt konzentrieren, der große Mengen an hochwertigem Wasser [nachgefragt] hat. Das Wasser, das unsere Maschine erntet, hat nach der Mineralisierung eine TDS Konzentration der gelösten Partikel von 50 und einen pH-Wert von 7, was"entspricht genau den Anforderungen der Getränkehersteller“, sagte Garg in einer Interview mit Inc42.
Vieles davon stammt aus Grundwasserquellen, die andere Verbraucher dieses Wassers zusätzlich belasten. Zu diesem Zweck möchte Uravu das in Getränken verwendete Grundwasser durch 100 % erneuerbares Wasser ersetzen, das mithilfe seiner Wasser-aus-Luft-Technologie hergestellt wird.
Major Players in the Industry, wie AB InBev, Diageo, Coca-Cola, Pepsi, Nestle usw. haben alle von einem solchen Übergang sowohl aus Nachhaltigkeits- als auch aus finanzieller Sicht viel zu gewinnen.
Das gleiche gilt auch für andere umweltbewusste Marken.
Aber es gibt auch andere wichtige Anwendungen für ein solches System. Zum Beispiel könnten Wohngebäude stark von der Möglichkeit profitieren, ihr eigenes Wasser vor Ort zu destillieren. HHaus und Flachbau könnten auf ihren Grundstücken sogar eine autarke Quelle für hochwertiges Trinkwasser schaffen.
Dies gilt insbesondere für Menschen oder Gemeinschaften, die an einigen der unwirtlichsten Orte der Welt leben. Bevölkerungen in abgelegenen, ländlichen und netzfernen Gebieten können Zugang zu sicherem und zuverlässigem Trinkwasser erhalten, ohne stundenlang es aus Brunnen sammeln zu müssenoder Flüsse.
Gewerbeflächen und Unternehmen könnten ebenfalls stark von der Erzeugung ihres eigenen Wassers profitieren. Büros, Schulen, Krankenhäuser und Hotels können die Flüssigkeitszufuhr ihrer Bewohner verbessern und ein plastikfreies Erlebnis ermöglichen.
Bei einigen Ressourcen, wie zum Beispiel abgepackten Getränken, ist Wasser einer der größten Bestandteile. Obwohl es relativ billig ist, ist Wasser schwer, und der Transport großer Mengen davon kann eine sehr kostspielige Angelegenheit sein.
Aus diesem Grund haben Getränkehersteller normalerweise eine Art von dezentrale Lieferkette wo große Mengen Konzentrat an verschiedene lokale Abfüllbetriebe geliefert werden, wo sie mit lokalem Wasser verdünnt und manchmal mit Kohlensäure versetzt werden. Dies spart dem Unternehmen erhebliche Transportkosten. Die abgefüllten Getränke werden dann vor Ort verteilt.
„Diese Abfüllanlagen werden oft in Gebieten errichtet, in denen bereits Wasserknappheit herrscht, was den dort lebenden Gemeinden enorme Schwierigkeiten bereitet. Aus diesem Grund sehen wir viele Proteste gegen Abfüllanlagen und sie müssenheruntergefahren“, sagte Swapnil Shrivastav, Mitbegründer von Uravu Labs.Inc42, bezogen auf die Abschaltung von Coca-Cola-Pflanzen in Kerala und Tamil Nadu.
"Das ist der Ort, an dem wir mit unseren kommerziellen Aktivitäten Wirkung erzielen möchten. Wir möchten nicht, dass Gemeinden ihres Trinkwassers und des Wassers beraubt werden, das sie für landwirtschaftliche Zwecke verwenden", erklärte Shrivastav.
So interessant und innovativ Luft-aus-Wasser-Technologien wie die von Uravu auch sind, sie alle haben eine entscheidende Achillesferse — Sie werden durch die Effizienz der Massenproduktion leben oder sterben, die erforderlich ist, um sie kommerziell rentabel zu machen. Sie müssen jedoch auch in erster Linie kommerziell rentabel sein, um ihre Installation überhaupt zu rechtfertigen.
Ein sehr reales und unglückliches Dilemma.
Während ein ähnliches Problem bei vielen anderen erneuerbaren Technologien besteht, ist es für die sehr mächtigen Kräfte der "unsichtbaren Hand" auf dem Markt möglicherweise nicht möglich, ihre Magie zu entfalten und die Technologie zum Mainstream zu machen. Aus diesem Grund sind Startups wieUravu braucht möglicherweise RegierungSubventionen und Anreize sowie Investitionen des öffentlichen und privaten Sektors, um in Gang zu kommen.
Uravu hat zum Beispiel angegeben, dass sie sind offen für die Idee, ein Teil von zu seinCorporate Social Responsibility CSR Initiativen die Entlastung in wasserarmen Gebieten bringen. Tatsächlich haben sie sich kürzlich eine bedeutende Pre-Seed-Finanzierung von einer von Speciale Invest angeführten Investorengruppe gesichert. An der Runde nahmen auch Peter Yolles, Soren Schroder, Shigeru Sumimoto und Tomoki . teilKaneko.
Dies ist ein Schub für das Unternehmen, das den größten Teil des Geldes verwenden wird, um weitere Prototypen für seine Wasser-aus-Luft-Technologie zu bauen und zu testen.
Während sich diese Technologien noch in ihren Anfängen befinden und für zahlende Kunden noch zu teuer sind, um den Preis zu rechtfertigen, sollte es nur eine Frage der Zeit sein, bis die Technologie sehr bald auf einem Dach oder Garten in Ihrer Nähe zu finden ist.