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KAUST の Qiaoqiang Gan 教授が率いる国際研究チームは、電気を使わずに動作し、重力だけを利用して空気から水を抽出できる装置を設計しました。
Water is perhaps the most valuable resource our planet has to contend with. But despite covering 70% of our planet, freshwater—the water we use to drink, bathe in, or irrigate our farmlands—is scarce. Only 3% of the world's water is freshwater. And two-thirds of that 3% lies in frozen glaciers or is otherwise unavailable for use.
水はおそらく私たちの地球が争わなければならない最も貴重な資源です。しかし、地球の 70% をカバーしているにもかかわらず、私たちが飲み、入浴し、農地に灌漑するために使用する水である淡水は不足しています。世界の水のわずか 3% が淡水です。そして、その 3% のうち 3 分の 2 は凍った氷河にあるか、そうでなければ利用できません。
The result of water scarcity is something that is felt around the world. Globally, nearly 1.1 billion people lack access to water. A total of 2.7 billion people in the world experience water scarcity for at least one month of the year.
水不足の影響は世界中で感じられています。世界では、約 11 億人が水へのアクセスが不足しています。世界で合計 27 億人が、1 年の少なくとも 1 か月間、水不足を経験しています。
Water scarcity also leads to other problems, such as inadequate sanitation, a problem for 2.4 billion people who are left vulnerable to diseases like cholera and typhoid, and other fatal diarrheal diseases.
水不足は、不十分な衛生設備など他の問題も引き起こします。これは、コレラや腸チフス、その他の致死性の下痢性疾患などの病気にかかりやすい状態にある24億人にとっての問題です。
The growing population and the ever-expanding demand for water have always been at loggerheads. The more populated our planet has become, the more stressed its water systems have become.
人口の増加と拡大し続ける水の需要は常に対立しています。私たちの地球の人口が増えるほど、その水システムはよりストレスを受けます。
Rising pollution levels have taken their toll on the planet's rivers, lakes, and aquifers. And what seems even more distressing is that over half of the world's wetlands have disappeared.
汚染レベルの上昇は、地球の川、湖、帯水層に大きな被害をもたらしています。そしてさらに悲惨に見えるのは、世界の湿地の半分以上が消滅したことだ。
If the scientific community fails to evolve with time and offer solutions to combat the menace of disappearing water, our agriculture systems will soon not have enough water, leading to food insecurity and much more.
科学界が時間の経過とともに進化し、水の消失の脅威に対抗する解決策を提供できなければ、私たちの農業システムには間もなく十分な水が不足し、食糧不安などを引き起こすことになります。
But thankfully, the scientific community is rising to the challenge around the world. Today, we shall discuss one such breakthrough solution in the coming segment and then delve deeper.
しかしありがたいことに、科学界は世界中でこの課題に立ち向かっています。今日は、次のセグメントでそのような画期的なソリューションの 1 つについて説明し、さらに詳しく掘り下げていきます。
Device Extracts Water from the Air Using Nothing More than Gravity
重力だけを利用して空気から水を抽出する装置
A team of international researchers, led by KAUST Professor Qiaoqiang Gan, has designed a device that can potentially run with no electricity and extract water from the air with the help of nothing but gravity. The device, already free from the need for a costly energy supply, can be made with cheap and readily available materials.
KAUST の Qiaoqiang Gan 教授が率いる国際研究チームは、電気を使わずに動作し、重力だけを利用して空気から水を抽出できる装置を設計しました。この装置はすでに高価なエネルギー供給の必要がなく、安価で容易に入手できる材料で作ることができます。
The experiment paper, titled ‘Lubricated Surface in a Vertical Double-Sided Architecture for Radiative Cooling and Atmospheric Water Harvesting', seeks to make atmospheric water harvesting more efficient.
「放射冷却と大気中の水の回収のための垂直両面アーキテクチャの潤滑表面」と題されたこの実験論文は、大気中の水の回収をより効率的にすることを目指している。
The water harvesting process improves significantly in radiative cooling. Radiative cooling works by significantly lowering condenser temperatures below ambient levels and making atmospheric water harvesting possible without additional energy.
放射冷却における水の回収プロセスが大幅に改善されます。放射冷却は、凝縮器の温度を周囲レベルより大幅に下げ、追加のエネルギーを必要とせずに大気中の水の回収を可能にすることによって機能します。
One issue that radiative cooling systems face is the challenge of traditional sky-facing condensers having low cooling power density, and water droplets remaining pinned on the surface, requiring active condensate collection.
放射冷却システムが直面する問題の 1 つは、従来の空に面した凝縮器の冷却出力密度が低く、水滴が表面に留まり、積極的な凝縮水の収集が必要になるという課題です。
The research has proposed a solution to this problem: a lubricated surface (LS) coating—consisting of highly scalable polydimethylsiloxane elastomer lubricated with silicone oil applied on the condenser side in a vertical double-sided architecture.
この研究では、この問題に対する解決策として、潤滑表面 (LS) コーティングを提案しました。これは、垂直両面構造のコンデンサー側に塗布されたシリコーン オイルで潤滑された拡張性の高いポリジメチルシロキサン エラストマーで構成されています。
The benefits of the design are several. For one, it effectively doubles the local cooling power.
この設計の利点はいくつかあります。 1 つは、局所的な冷却力を効果的に 2 倍にすることです。
Secondly, it eliminates contact-line pinning, enabling passive, gravity-driven collection of water. The result is pumped up AWH capacity from a 0 × 30 cm2 sample in outdoor environments, which was under no artificial flow of humidified air.
第 2 に、電車線の固定がなくなり、受動的な重力による水の収集が可能になります。結果は、加湿空気が人工的に流れていない屋外環境で、0 × 30 cm2 のサンプルから AWH 容量をポンプアップしたものです。
The passive water collection rate of the lubricated surface (LS) coating reached 21 g m−2 h−1, double that on a superhydrophobic surface, 10 g m−2 h−1. The performance was even better in an indoor setting, where the system could achieve a condensation rate of up to 87% of the theoretical limit with up to 90% of the total condensate passively collected.
潤滑表面 (LS) コーティングの受動的水収集速度は 21 gm-2 h-1 に達し、超疎水性表面の 10 gm-2 h-1 の 2 倍に達しました。屋内環境ではパフォーマンスがさらに向上し、システムは理論的限界の最大 87% の凝縮率を達成し、総凝縮水の最大 90% が受動的に収集されました。
Benefits of Atmospheric Water Harvesting Done Correctly
大気中の水の採取を正しく行うことの利点
The atmosphere has six times more water than all the earth's rivers' freshwater combined. According to Professor Gan:
大気中には、地球上のすべての川の淡水を合わせた量の 6 倍の水が存在します。ガン教授によれば、
“This water can be collected by atmospheric water harvesting technologies.”
「この水は大気中の水採取技術によって集めることができます。」
And when the process is done efficiently with the solution mentioned above, it becomes all the more profitable for its adopters. While elaborating on the benefits of the system, Professor Dan Daniel, one of the post-doctorates in Professor Gan's research group, had the following to say,
そして、上記のソリューションを使用してプロセスが効率的に実行されると、採用者にとっての収益はさらに高まります。ガン教授の研究グループの博士研究員の一人であるダン・ダニエル教授は、システムの利点について詳しく説明しながら、次のように述べました。
“The system doesn't consume any electricity, leading to energy savings. Moreover, it doesn't rely on any mechanical parts like compressors or fans, reducing the maintenance over traditional systems, leading to further savings.”
「このシステムは電力を一切消費しないので、省エネにつながります。さらに、コンプレッサーやファンなどの機械部品に依存しないため、従来のシステムに比べてメンテナンスの手間が軽減され、さらなる節約につながります。」
To Dan Daniel's observations, another post-doctorate of the team, Shakeel Ahmad, added:
ダン・ダニエルの観察に、チームのもう一人の博士研究員シャキール・アーマドは次のように付け加えた。
“Our coating effectively eliminated pinning, enabling true passive water collection driven by water.”
「当社のコーティングはピンニングを効果的に排除し、水による真の受動的な水収集を可能にしました。」
Altogether, the system enhances the quality of atmospheric water harvesting by a significant margin, making AWH a true blue solution in this world of increasingly scarce water resources.
全体として、このシステムは大気中の水の採取の質を大幅に向上させ、水資源がますます不足しているこの世界において AWH を真のブルーソリューションにしています。
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Advances in Atmospheric Water Harvesting Systems
大気中水回収システムの進歩
In October 2023, an article published in the scientific journal named Energy conducted a comprehensive review of techniques, performance, renewable energy solutions, and feasibility relating to the method of AWH
2023 年 10 月、Energy という名前の科学雑誌に掲載された記事では、AWH の手法に関連する技術、パフォーマンス、再生可能エネルギー ソリューション、実現可能性について包括的なレビューが行われました。
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