Проекты НИОКР

TÜBİTAK 1507: получение воды из воздуха с помощью солнечной энергии

Проект Innorma R&D, НИОКР-стартапа Solimpeks, по программе TÜBİTAK по поддержке НИОКР-стартапов МСП (проект № 7230226, январь 2023 — июнь 2024) создал автономный сборщик воды из атмосферы на солнечной энергии. Три варианта осушителя — гранулированный силикагель, собственный композит ACFF-LiCl и MOF-303 — испытывались в климатической камере; солнечный воздушный коллектор достиг целевого теплового КПД 50%, а композиты адсорбировали 1,2 г/г при относительной влажности 70%.

Автор: Mahmut Sami Büker 24 марта 2026 Проекты НИОКР

TÜBİTAK 1507: получение воды из воздуха с помощью солнечной энергии

Можно ли извлечь питьевую воду из воздуха, используя только солнечный свет? Именно этот вопрос стоял за нашим проектом в рамках программы TÜBİTAK по поддержке НИОКР-стартапов МСП (1507), проект № 7230226, который шел с января 2023 по июнь 2024 года. В Innorma R&D, НИОКР-стартапе Solimpeks, расположенном в технологической зоне InnoPark, мы разработали автономный прототип, собирающий атмосферную влагу с помощью солнечной энергии, опираясь на несколько лет работы над энергоэффективными системами охлаждения и солнечными коллекторами.

Как работает солнечный сборщик воды из атмосферы?

Система работает по суточному циклу. Осушитель ночью адсорбирует влагу из воздуха; днем солнечный воздухонагреватель (HGK) нагревает поступающий воздух, чтобы высвободить эту влагу из блока осушителя (DNT), а воздухоохлаждаемый конденсатор (HSY) превращает пар в жидкую воду. Температура регенерации достигает 90 °C.

Мы испытали три варианта осушителя:

| Прототип | Осушитель | Геометрия | | --- | --- | --- | | A | Гранулированный силикагель | Цилиндрический блок | | B | Композит ACFF-LiCl (собственной разработки) | Синусоидальные соты | | C | MOF-303 | Синусоидальные соты |

Прогоны в климатической камере подтвердили выработку воды; выход зависел от влажности и температуры — эти результаты определили дальнейшую работу по оптимизации в проекте.

Что охватывали четыре пакета работ?

WP1 — концепция и моделирование. Схемы прототипов и испытательных установок, математические модели тепло- и массообмена в EES, расходы воздуха 0,03–0,07 кг/с, SolidWorks для 3D-проектирования и ANSYS CFD для уточнения геометрии — цилиндрической для A, синусоидальных сот для B и C. Граничные условия: интенсивность солнечного излучения 1 000 Вт/м², температура окружающей среды 30 °C, целевой тепловой КПД 50% солнечного воздушного коллектора.

WP2 — закупки и сборка. Закуплены хлорид лития, кремнезем и MOF (с резервом на случай задержек); изготовлен солнечный воздушный коллектор с перфорированными абсорберами; блоки осушителя в вариантах «гранулированный цилиндр» и «слоистый композит»; конденсатор в виде теплообменника с перекрестным током. Образцы осушителя на основе углеродного войлока показали привес (поглощение влаги) до 18%.

WP3 — проверка и оптимизация. Сопоставляя моделирование с ранними испытаниями, мы оптимизировали блок осушителя: ширина 300 мм, 58 слоев с шагом 4 мм для низких потерь давления, итерационно перебирая конструкции ребер и соотношения LiCl для лучшей кинетики без коррозии.

WP4 — испытательный полигон. Прогоны в климатической камере при 15–35 °C и относительной влажности 45–60% с регистрацией датчиками PT1000 и регистраторами данных — адсорбция ночью, десорбция и конденсация днем — плюс наружный мониторинг. Исправления по ходу дела включали устранение протечек, раздельное управление вентиляторами и улучшенные уплотнения заслонок.

С какими трудностями мы столкнулись и что получили?

Закупка MOF-303 оказалась дорогой и непростой; после того как литературный обзор показал перспективность при низкой влажности, мы остановились на 2 кг. Моделирование завышало эффективность — испытания при относительной влажности 50% и 26 °C дали меньше, чем модели, что указывает на потери от ветра или неравномерный поток. Слипание осушителя и протечки уплотнений потребовали доработок, таких как перфорированные диффузоры. Мы старались экономить на сборке, направляя бюджет на необходимое измерительное оборудование.

Результаты были ощутимыми. Оптимизированный солнечный воздушный коллектор достиг целевого КПД 50%, а композитные осушители адсорбировали 1,2 г/г при относительной влажности 70%. Выход был наибольшим во влажных условиях испытаний, что указывает на побережья Турции и Ближний Восток как перспективные области применения, — и мы накопили прочный опыт в верификации CFD и рецептурах композитов. Запомнился один ночной спор о расстоянии между слоями: 3 мм забивались в прототипах, а переход на 4 мм увеличил поток на 20%. Системы с активным питанием подходят для подключенных к сети объектов в очень влажных местах; пассивный солнечный подход рассчитан на автономное использование, где он проявляет себя наилучшим образом.

Кому нужна вода из воздуха?

Людям в удаленных сельских районах, куда трудно доставить воду или электроэнергию, — фермерам с теплицами, общинам, отрезанным от линий снабжения, — а также зонам бедствий, где быстрый доступ к чистой воде спасает жизни, и домохозяйствам, несущим высокие расходы на бутилированную или привозную воду. С коммерческой точки зрения регионы с дефицитом воды, такие как Ближний Восток и Африка, сочетают обилие солнца с ограниченными источниками пресной воды. Рынок быстро вырос, а патентная активность — лидируют США и Китай — резко возросла с 2000 года, оставляя место для нашего собственного подхода.

Этот проект при поддержке TÜBİTAK успешно завершился в июне 2024 года, подтвердив нашу роль в водных технологиях: небольшие установки на солнечной энергии могут получать воду из воздуха. Мы ищем возможности для пилотных проектов — свяжитесь с нами, если хотите сотрудничать.