ČEŠTÍ VĚDCI VYVINULI SCI-FI TECHNOLOGII ZE STAR WARS

ZE VZDUCHU VODA, Z POUŠTĚ ZAHRADA

S. A. W. E. R. (z anglického Solar Air Water Earth Resource) je zařízení, které umí "proměnit" vzduch na vodu a díky získané vodě změnit poušť v rozkvetlou zahradu plnou (mikro)řas. Technologie se v roce 2020 stane vlajkovou lodí České republiky na výstavě EXPO v Dubaji. Za jejím vývojem stojí čeští vědci z Univerzitního centra energeticky efektivních budov a Fakulty strojní ČVUT a vědci z Botanického ústavu AV ČR. Od jednoho z nich, Tomáše Matušky, jsme o technologii zjišťovali víc.

- Technologie S. A. W. E. R. umí doslova přeměnit vzduch na vodu. Čím se váš tým nechal při vývoji tohoto zázraku inspirovat? Přírodou, nějakou scifárnou?

Není to žádný zázrak. Hlavně nepřeměňujeme vzduch ve vodu, ale vodu získáváme z vlhkosti ve vzduchu obsažené. Pokud se podíváte na filmy, jako jsou Duna nebo Hvězdné války, tak tam taková zařízení najdete. Luke Skywalker koneckonců vyrostl v rodině sběrače vlhkosti ze vzduchu (angl. moisture farmer). Ta jejich sci-fizařízení jsou ale podstatně menší než to naše.

- Jak tedy funguje technologie přeměny vlhkosti vzduchu na vodu?

Pokud je k dispozici dostatečně vlhký vzduch, k získání vody stačí povrch s teplotou nižší, než je rosný bod, což je v létě v našich podmínkách okolo 10 °C. Všichni známe orosené sklenice. Jenže v poušti je obsah vody ve vzduchu tak nízký, že bychom ji museli spíš vymražovat. Suchému pouštnímu vzduchu proto potřebujeme nejdříve obsah vodní páry zvýšit.

- Vzduch z pouště se navlhčí jak? Obdobně jako u klimatizace? Tedy zvnějšku proudí do zařízení suchý vzduch a po zpracování jde navlhčený vzduch ven?

Z jiného proudu pouštního vzduchu odebereme vlhkost sorpčním výměníkem potaženým desikantem (látkou schopnou přidat suchému vzduchu vlhkost). Odebraná vlhkost se akumuluje na povrchu desikantu. Vzduch, který chceme navlhčit, pak ohřejeme na vysokou teplotu a proženeme výměníkem s desikantem a on si naakumulovanou vlhkost vezme. Pak už stačí běžný chladič, na kterém voda zkondenzuje. Tento proces je známý z průmyslového odvlhčování, takže to není žádný zázrak. Co je naší přidanou hodnotou, je zacházení s energiemi, způsoby rekuperace tepla a chladu mezi jednotlivými částmi zařízení, které nakonec umožňují jeho autonomní provoz.

- Potřebuje zařízení nějakou přímou energii? Nebo všechno běží na automat?

Naše zařízení je koncipované jako autonomní, takže nepotřebuje externí energii. Nicméně samotný proces energii samozřejmě potřebuje. Potřebuje elektrickou energii, teplo a chlad. V prostředí pouště je možné tyto energie získat v místě, elektřinu a teplo přes den ze slunečního záření, chlad v noci sáláním vůči jasné obloze.

- Je voda ze S. A. W. E. R. pitná? Nebo je potřeba i úpravna vody?

Výstupem samotné technologie je destilovaná voda. Aby byla pitná, je nutné ji obohatit o minerály. Takže úpravna je potřeba a je součástí S. A. W. E. R.

- Projekt má ale i druhou část. Ta si klade za cíl "ozelenění" pouště a její přeměnu v oázu prostřednictvím dostatku vody a cíleného rozmnožování mikroorganismů v půdě. Jak tato druhá část technologie funguje? Přece jen přeměnit písek na půdu je poměrně nepředstavitelné.

Druhou část technologie mají na starosti vědci z Botanického ústavu Akademie věd ČR. Jedná se o spojení několika dílčích systémů dohromady, které na sebe navazují: zužitkování odpadu ve vermikompostéru (nádoba sloužící ke vzniku kompostu), množení mikrořas, podpovrchová zálivka a využití mikroorganismů na bázi půdních hub. Organické živiny z vermikompostéru se vážou do mikrořas pěstovaných ve fotobioreaktoru s využitím slunečního záření. Řasová suspenze se potom vede podpovrchovou zálivkou, potrubím uloženým zhruba dvacet centimetrů pod povrchem terénu, přímo ke kořenům rostlin. Před výsadbou rostlin se písek oživí půdními houbami, které v symbióze parazitují na kořenech a vytvářejí prostředí, které pomáhá rostlině efektivněji získávat živiny, a zvyšují zadržení vody v půdní vrstvě kolem kořenů. Tak se i písečná půda stává vhodnou pro pěstování v tak extrémních podmínkách pouště.

- Bude moci být tento ekosystém aplikován i přímo v poušti, nebo je potřeba specifických podmínek podobných například zimní zahradě/vertikální farmě?

Systém je určen především pro poušť, protože podpovrchová zálivka významně snižuje odpar vody. Nicméně použitelné je to kdekoli. Spíš je otázkou, zda pro vertikální farmu, navíc třeba v jiném klimatu není vhodnější jiný způsob (aquaponie, aeroponie).

- Kolik odborníků je potřeba k vyvoření a realizaci téhle sci-fitechnologie?

Já mohu mluvit pouze za část získávání vody ze vzduchu. Na technické realizaci technologie děláme ve čtyřech (vzduchotechnika, energetika, konstrukce a regulace). Ale těch lidí, co se nějak podílejí, je daleko víc: od firem, které pro nás vyrábějí jednotlivé komponenty na zakázku, přes management celé realizace, právní služby až po obchodní aspekty, které začínají nabývat na důležitosti.

- Důležitý je z hlediska vývoje i čas. Jak dlouho už S. A. W. E. R. vyvíjíte?

Na vývoji zařízení pro získávání vody ze vzduchu děláme zhruba dva roky. Nejdřív byla spousta výpočtů teoretických (šest měsíců), pak následoval konstrukční návrh ve spolupráci s výrobcem hlavního prvku - sorpční jednotky - a samotná výroba jednotky (tři měsíce). Další půlrok nám zabralo laboratorní testování pro různé podmínky. Nyní jsme ve fázi dokončení kontejnerů pro otestování technologie pro produkci vody v reálných podmínkách pouště ve Spojených arabských emirátech. Předpokládáme další vývoj a optimalizaci, to ještě také nějaký rok asi zabere.

- Byl by tento systém prakticky využitelný i pro české domácnosti? Například by mohl v horkých dnech vodou plnit zahradní bazény a zalévat trávníky.

To by byl asi dost drahý způsob. To už můžete rovnou zalévat kojeneckou vodou z obchodu. Obecně mi přijde, že s pitnou vodou se u nás natolik plýtvá, že nemá smysl takto vůbec uvažovat.

- Kolik je vlastně S. A. W. E. R. schopný denně vyprodukovat vody?

Naše kontejnerové zařízení v autonomním provozu v podmínkách opravdu suché pouště Arabského poloostrova má vyrobit v průměru 100 l/den.

- Co ovlivňuje množství vody? Dal by se objem vyprodukované vody zvětšit?

Produkci vody ovlivňují hlavně klimatické podmínky, které také stanovují fyzikální limity. Zvětšit produkci je možné zvětšením kapacity na straně zdrojů energie nebo zvětšením jednotky, tzn. zvětšení množství zpracovávaného vzduchu.

- Pokud bychom uvažovali tržně, jaká by byla výrobní cena a implementace tohoto zařízení? Případně na kolik korun by vyšel litr vody.

Zatím předpokládáme cenu do 30 Kč/litr. Ta vychází z nákladů na první prototyp, který vyšel na zhruba 10 milionů Kč. U dalších zařízení předpokládáme snížení ceny. Tam bude směrován další vývoj a optimalizace.

- Myslíte, že zařízení S. A. W. E. R. by mohlo pomoci zavlažovat suchou krajinu? Obecně tam, kde klimatická změna může přinést sucho?

Zařízení je především nouzovým zdrojem pitné vody v odlehlých oblastech, kde není infrastruktura, kde nejsou rozvody vody ani elektřiny. Předpokládá se produkce vody pro lidskou spotřebu, případně pro účely zálivky. Nicméně ty poměry nejsou v podmínkách pouště nijak oslnivé. Naše zařízení o půdorysu kolektorové střechy 120 m2 může obhospodařit zhruba 60 až 100 m2 zelené plochy. Nemyslím si proto, že zařízení může nějak celoplošně suplovat přírodní procesy.

doc. Ing. TOMÁŠ MATUŠKA, Ph. D. Docent Matuška působí v Univerzitním centru energeticky efektivních budov ČVUT, ve kterém vede výzkumný tým zaměřující se na energetické systémy budov, obnovitelné zdroje energie a decentralizovanou energetiku. Jeho hlavní výzkumná činnost spočívá ve vývoji prvků solární tepelné techniky a tepelných čerpadel integrovaných do energetických systémů budov.