Inspirerad av hur daggdroppar bildas på spindelnät, UCLA-ingenjörer och matematiker har designat ett unikt och effektivt vattenångfångningssystem som kan användas för att producera rent, färskvatten, eller att återvinna industrivatten som annars skulle gå till spillo.

Deras system är en tät samling parallella bomullstrådar uppträdda vertikalt, med en jämn ström av vattendroppar som rinner nedför strängarna. Stigande vattenånga, tryckt uppåt av en fläkt, fångas upp av "väven" av vattendroppar och kondenserar. Det resulterande vattnet flyttas sedan till en uppsamlingsbehållare.

Forskarna rapporterade en 200-procentig ökning av effektiviteten med denna metod jämfört med befintliga tekniker utformade för att fånga upp vattenånga.

Studien publicerades i Vetenskapens framsteg och inkluderar en teoretisk modell av systemet och experimentella resultat från en prototyp.

Förutom att skörda vatten från atmosfären, metoden skulle kunna användas för att producera rent vatten från avdunstning av avloppsvatten med hög salthalt, som de som produceras från olje- och gasproduktion, eller från bevattningsavrinning.

Den skulle också kunna användas för att fånga upp ånga som strömmar ut från kyltorn i kraftverk och industrianläggningar. Det uppfångade vattnet kunde sedan återföras tillbaka till kylsystemet.

"Den växande globala oron över bristen på sötvatten har motiverat utvecklingen av ekonomiskt genomförbara sätt att fånga upp vattenånga, sa Sungtaek Ju, professor i maskin- och rymdteknik vid UCLA Samueli School of Engineering och studiens huvudutredare. "Denna idé att imitera den naturliga regncykeln för att producera rent vatten, kallas "fuktning-avfuktningsprocessen, ' har funnits ganska länge. Dock, att göra ett sådant system som är billigt att bygga och driva har varit en stor utmaning. Vårt system är billigt, lätt och energisnål. Dessa faktorer kan potentiellt hjälpa till att övervinna utmaningar för dess antagande."

Vissa föreslagna metoder för infångning av vattenånga har använt kyld metall för att få vattenånga att kondensera på en yta. Men begränsade ytor, samt vikt, material- och tillverkningskostnader, har bromsat deras adoption. Liknande, metoder som använder spraymunstycken eller elektriska fält använder för mycket elektricitet för att vara lönsamma.

Ett nyckelelement i UCLA-teamets system är dess förmåga att konsekvent generera vattendroppar av samma storlek och konstant flödeshastighet. Dessa vattenpärlor gör det möjligt för systemet att effektivt fånga upp vattenånga, utan att orsaka betydande tryckfall, och därmed fläktens strömförbrukning.

"De flytande pärlorna bildar mycket böjda ytor som ökar hastigheten med vilken vattenånga diffunderar genom luften, sade Abolfazl Sadeghpour, en UCLA maskinteknik doktorand och en co-lead författare till studien. "Helt enkelt sagt, detta är analogt med en snöboll som rullar nedför. Pärlorna plockar upp vattenånga när de färdas ner. Och även om en droppe kan verka liten, tänk på en hel rad trådar som arbetar konstant. Den skördade vattenångan kan bli en hel del."