S.A.W.E.R. To je název vskutku geniálního zařízení na hranici skutečnosti a sci-fi, které bude ve velmi suchých oblastech generovat ze vzduchu vodu a posléze kultivovat místní půdu v úrodnou zemi. Zařízení již existuje a veřejnosti bude představeno na výstavě Expo 2020 v Dubaji. A stejně jako další neuvěřitelné patenty, které vám představujeme v tomto seriálu, i S.A.W.E.R. je výhradně dílem českých hlav a českých rukou.
Jde o dvojstupňový systém pro získávání vody ze vzduchu. Jeho principem je v první fázi použití tzv. desikantu – materiálu, který na svůj povrch váže vodní páru adsorpcí. Ten odebere venkovnímu vzduchu obsah vody a zadrží ho na svém povrchu. Vzduch zbavený vlhkosti se odvede zpátky do venkovního prostředí. Současně se do systému nasaje další venkovní vzduch s obsahem vodní páry. Ten se však nejdříve ohřeje na tak vysokou teplotu, aby bylo možné z povrchu desikantu vodní páru uvolnit, a tím pouštní vzduch navlhčit. Navíc, vzduch při zvýšené teplotě do sebe může vázat větší množství vodní páry. Na chladič, který je součástí zařízení, pak přichází výrazně vlhčí vzduch, než je ten venkovní z pouště. Prostřednictvím chladiče tak lze kondenzací ze vzduchu získat nezanedbatelné množství vody.
„Autorem nápadu, že by snad bylo možné ze vzduchu získat vodu i v poušti, a tou poušť podpovrchově zavlažovat, je Mgr. Jiří František Potužník, současný generální komisař účasti České republiky na Všeobecné světové výstavě EXPO 2020 v Dubaji,“ říká doc. Ing. Tomáš Matuška, Ph.D., z Univerzitního centra energeticky efektivních budov ČVUT.
„Někdy před dvěma lety, možná je to déle, za námi přišel s otázkou, zda by tento nápad bylo možné realizovat. A my jsme záhy zjistili, že by to vlastně neměl být problém.“
U zrodu technologie pro získávání vody ze vzduchu stál doc. Ing. Tomáš Matuška, Ph.D., spolu s doc. Ing. Vladimírem Zmrhalem, Ph.D., z Fakulty strojní ČVUT. Právě oni, inspirováni myšlenkou J. F. Potužníka, udělali první výpočty, návrhy zařízení a zadání pro výrobu. Tito dva čeští vědci jsou též autory patentovaného řešení.
Našima doslova rukama je Ing. Bořivoj Šourek, Ph.D., z UCEEB ČVUT,“ upřesňuje Tomáš Matuška. „Právě on se totiž významnou měrou podílí na realizaci funkčního zařízení. Co se týká biologické části, tzn. kultivace pouště pro zemědělství, tu mají na starost doc. RNDr. Miroslav Vosátka, CSc., z Botanického ústavu AV ČR a jeho kolegové. Pak je tu ale řada dalších lidí, bez kterých by se projekt asi neposouval vpřed, například manažer projektu Jakub Dytrich.“
V týmu jsou tedy karty rozdány následovně: Vladimír Zmrhal má na starosti vzduchotechnickou část zařízení a sorpční proces a Tomáš Matuška energetiku a případné využití obnovitelných zdrojů energie dostupných v poušti. Bořivoj Šourek zajišťuje konstrukční stránku celého zařízení, výkresovou dokumentaci a praktickou realizaci.
Zdánlivě jednoduché
Jádrem zařízení S.A.W.E.R. je sorpční jednotka, která umožňuje svým vnitřním uspořádáním obohatit suchý pouštní vzduch o vlhkost odebranou z jiného množství pouštního vzduchu tak, aby bylo možné se dostat na vyšší teplotu rosného bodu a pro kondenzaci vzdušné vlhkosti použít běžný chladič. Protože systém má pracovat jako autonomní zařízení, důležitým prvkem jsou solární víceúčelové prvky.
„Nezasklené fotovoltaicko-tepelné kolektory umožňují v poušti přes den produkovat elektrickou energii a v noci cíleně ztrácet teplo ze zásobníku sáláním vůči jasné obloze, a tedy chladit,“ vysvětluje doc. Matuška. „Naopak zasklené fotovoltaicko-tepelné kolektory přes den produkují teplo pro sorpční proces a zároveň v menší míře také elektrickou energii. K tomu je nutná samozřejmě akumulace tepla, chladu a elektřiny.“
Zatímco sorpční jednotka je podobná zařízením známým z průmyslového odvlhčování, jen v trochu jiném uspořádání, zasklené fotovoltaicko-tepelné kolektory jsou produktem vlastního vývoje UCEEB ČVUT. Patentované řešení tohoto hybridního solárního kolektoru bylo prezentováno už na EXPO 2015 v Miláně.
Zelené zahrady
Zařízení v jeho stávající podobě zatím nelze použít pro kultivaci území velkého rozsahu, takže na zelené pláně místo všech světových pouští si budeme ještě muset počkat. Využití v praxi však bude mít rozhodně již velmi brzy.
„Naše zařízení je určeno například pro oázy, místa bez jakékoli infrastruktury nebo třeba jako nouzový zdroj pitné vody,“ říká Tomáš Matuška. „Produkce vody autonomního kontejnerového zařízení v poušti je taková, že dokáže obhospodařit zhruba stejně velkou plochu zelené zahrady, kterou půdorysně zaujímá solární střecha nad kontejnery.“
Jistě mnohé z nás napadne otázka, zda masivní využití tohoto zařízení může nějak druhotně ovlivnit zemské klima. Podle slov Tomáše Matušky je to však obava zcela zbytečná.
„Zaprvé si nemyslím, že dojde k nějakému masovému rozšíření na jednom místě tak, aby došlo k ovlivnění klimatu,“ říká. „Kromě toho zařízení pracuje s relativně malými průtoky, a pokud se bude používat lokálně, tedy k produkci vody pro zálivku rostlin a spotřebu v místě, tak se voda do ovzduší prostě zase vrátí.“
Možné využití tohoto českého patentu je skutečně široké. Ať už v rámci států, které budou chtít řešit lokální nedostatek vody v dislokovaných oblastech, nebo například pro firmy, které mají zařízení i lidi například v nepřístupných nebo odlehlých oblastech bez jistého zásobování vodou – typicky třeba těžařský průmysl.
Dál do světa
„Letos otestujeme první prototyp v reálném prostředí Arabského poloostrova,“ nastiňuje plány do budoucna Tomáš Matuška. „Zároveň se snažíme získat prostředky na další prototypy, které bychom chtěli příští rok poslat do Austrálie a do pouště Atacama v Chile. Zde již pracujeme na kontaktech a hledáme vhodné umístění. V té době bude zařízení už vystavováno na výstavě EXPO v Dubaji, a tam zatím předběžně plánujeme uvedení na trh. I díky mediálnímu obrazu kolem nás krouží řada firem, které by v pravou chvíli chtěly technologii pro sebe. Žádná z nich však nedala na stůl definitivní nabídku. Mimo kontaktů ve Spojených arabských emirátech a Ománu, máme i pár předběžných zájemců z Čech. Věříme i v dobrou spolupráci s Armádou České republiky.“
Konečná cena zařízení je však zatím otevřená. Jeho tvůrci si však jsou vědomi, že musí stát nejvýše polovinu toho co současný kontejnerový prototyp.
„Ten zatím stál okolo 10 milionů, ale to nepočítáme veškerou práci od návrhu až k jeho postavení,“ vysvětluje doc. Matuška. „Nyní však děláme zařízení možná zbytečně složité, to u testovacích modelů bývá, chceme si být jistí, že vše monitorujeme a na nic jsme nezapomněli. Už nyní víme, co by se dalo u druhého prototypu udělat jinak, levněji a bez omezení funkčnosti. V současné době uvažujeme i o zřízení spin-offu, ale vše bude ještě chvíli trvat, nejdříve musíme přinést reálná data o výkonu zařízení v reálném prostředí pouště.“
Na vývoji technologie S.A.W.E.R. se podílí Univerzitní centrum energeticky efektivních budov (UCEEB) a Fakulta strojní ČVUT v Praze ve spolupráci s Botanickým ústavem Akademie věd ČR.
Náklady na výzkum a vývoj systému S.A.W.E.R. se počítají v desítkách milionů korun. Zařízení je součástí tématu Českého pavilonu na EXPO a je financováno Ministerstvem zahraničí ČR. Kromě kontejnerové jednotky pro testovací provoz v poušti chystají jeho tvůrci ještě jedno zařízení, které bude součástí technologie českého pavilonu a bude produkovat vodu pro zahradu okolo pavilonu. Voda bude obohacována o organické živiny vázané do mikrořas a podpovrchovou zálivkou dopravována ke kořenům rostlin.