Water: దాహార్తిని తీర్చే గాలి!

వాతావరణం నుంచి నీటి ఉత్పత్తి  
శాస్త్రవేత్తల దృష్టి

వేసవి వచ్చేసింది.. పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతల తాకిడికి నీటి లభ్యత తగ్గిపోతోంది. వర్షాభావ ప్రాంతాల్లో పరిస్థితి సరేసరి. గుక్కెడు నీళ్ల కోసం అలమటించాల్సిన దుస్థితి ప్రపంచవ్యాప్తంగా అనేక ప్రాంతాల్లో నెలకొంది. నీటి నిర్వహణ ప్రణాళికలు అంతంతమాత్రంగా ఉండటం, పెరుగుతున్న జనాభా, వాతావరణ మార్పుల వంటి కారణాల వల్ల ఈ పరిస్థితి ఇంకా ఉద్ధృతమవుతుందని పరిశోధకులు చెబుతున్నారు. 2050 నాటికి దాదాపు 87 దేశాల్లో నీటి ఎద్దడి తీవ్ర రూపం దాల్చే ప్రమాదం ఉందని హెచ్చరిస్తున్నారు.  అవసరమే మానవుడిని ఆవిష్కారానికి పురిగొల్పుతుంది. నీటి కొరతను తీర్చే అంశానికీ ఇది వర్తిస్తుంది. మానవ మేధస్సుతో ఈ సమస్యకు ఇప్పటికే పాక్షిక పరిష్కార మార్గం లభించింది. గాలి నుంచి నీటిని ఒడిసిపట్టే అద్భుత పరిజ్ఞానాన్ని శాస్త్రవేత్తలు అభివృద్ధి చేశారు. భవిష్యత్‌లో దాహార్తిని తీర్చడంలో ఇది కీలకమవుతుందని భావిస్తున్నారు.

గాలి నుంచి సేకరణ ఎలా?

గాలి నుంచి నీటిని సేకరించే సాధనాలను ‘అట్మాస్పియరిక్‌ వాటర్‌ జనరేటర్లు’ (ఏడబ్ల్యూజీ)గా పేర్కొంటారు. ఇందుకు సంబంధించిన విధానాలు భిన్నరకాలుగా ఉన్నప్పటికీ మొత్తంమీద అవి ‘కండెన్సేషన్‌’ ప్రక్రియ ఆధారంగా పనిచేస్తాయి. ప్రస్తుత ఏడబ్ల్యూజీ పరిజ్ఞానాల్లో అనేకం ఏసీల తరహాలో పనిచేస్తాయి. ఇవి హీటింగ్‌/ కూలింగ్‌ కాయిల్స్‌ను ఉపయోగించుకొని గాలి ఉష్ణోగ్రతను తగ్గిస్తాయి. ఈ క్రమంలో గాల్లోని నీటి ఆవిరి.. నీటి బిందువులుగా మారిపోతుంది. ఇంకా పలు విధానాల్లో.. వాతావరణం నుంచి నీటిని ఒడిసిపట్టొచ్చు. చాలావరకూ ఏడబ్ల్యూజీ యంత్రాలు కొద్ది పరిమాణంలోనే నీటిని అందిస్తున్నాయి. అయితే ఇంటికి దరిదాపుల్లో ఎక్కడా గుక్కెడు నీళ్లు దొరకని సందర్భంలో ఇవి ఎంతోకొంత ప్రయోజనకరంగా ఉంటాయని శాస్త్రవేత్తలు చెబుతున్నారు.

ప్రాచీన కాలంలోనూ..

గాలి నుంచి నీటిని సంగ్రహించే విధానం పురాతనమైనదే. 15వ శతాబ్దంలో దక్షిణ అమెరికాలో విస్తరించిన ‘ఇంకాస్‌ సామ్రాజ్యం’లో ఈ విధానాన్ని అనుసరించారు. నాడు మంచు బిందువులను ఒడిసిపట్టి, భారీ నీటి తొట్టెల్లోకి మళ్లించేవారు. ఆ తర్వాత వాటిని సన్నటి కాల్వల ద్వారా నగరంలో పంపిణీ చేసేవారు.  

* ‘గాలి బావి’ డిజైన్ల ద్వారా కూడా పురాతన కాలంలో నీటిని ఒడిసిపట్టేవారు. ఇలాంటి ఒక నిర్మాణాన్ని 1900 ప్రాంతంలో రష్యా ఇంజినీరు ఫ్రెడ్రిక్‌ జిబోల్డ్‌.. క్రిమియాలో శిథిలమైన థియోడొసియా నగరానికి సమీపంలో గుర్తించారు. అక్కడ అర్థంకాని రీతిలో రాళ్లు పేర్చి ఉండటాన్ని ఆయన గమనించారు. ఒక్కో రాళ్ల కుప్ప.. 900 చదరపు మీటర్ల భాగాన్ని ఆక్రమించింది. టెర్రకోట మట్టితో చేసిన గొట్టాలతో వీటిని నగరంలోని బావులు, చెరువులకు అనుసంధానించారు. ఇది నీటిని సేకరించే ఒక పాసివ్‌ విధానమై ఉండొచ్చని జిబోల్డ్‌ సూత్రీకరించారు. దీన్ని పరీక్షించేందుకు ఇదే తరహాలో ఒక ఆధునిక నిర్మాణాన్ని చేపట్టారు. 1912లో ఆ నిర్మాణం పూర్తయింది. అది గాలి నుంచి రోజుకు 360 లీటర్ల నీటిని ఉత్పత్తి చేసిందని కొందరు చెబుతున్నారు. కొన్నేళ్లకు ఆ నిర్మాణం పాక్షికంగా కూలిపోయింది. 1993లో దాన్ని గుర్తించి, మరమ్మతులు చేశారు. కొంతమేర ఇది నీటిని ఉత్పత్తి చేస్తున్నట్లు వెల్లడైంది.

ఏడబ్ల్యూజీ సాధనాలు రెండు రకాలుగా ఉన్నాయి.
1. పాసివ్‌ వాటర్‌ ఎక్స్‌ట్రాక్షన్‌.
2. ఫోర్స్డ్‌ లేదా పవర్డ్‌ ఎక్స్‌ట్రాక్షన్‌.

మొదటి విధానంలో సహజసిద్ధ ఉష్ణోగ్రతల్లో వైరుధ్యాలపై ఆధారపడటం ద్వారా గాలి నుంచి నీటిని సేకరిస్తారు. ప్రత్యేకంగా ఇంధన అవసరం ఉండదు. రెండో ప్రక్రియలో విద్యుత్‌ లేదా పీడనాన్ని ఉపయోగించడం ద్వారా గాలి నుంచి నీటిని ఒడిసిపడతారు.

దారి చూపిన కీటకం..

మానవులు చేసే అనేక ఆవిష్కరణలకు ప్రకృతే స్ఫూర్తి. గాల్లో నుంచి నీటిని సేకరించే సాంకేతికత ఇందుకు మినహాయింపేమీ కాదు. ‘స్టెనోకారా గ్రాసిలైప్స్‌’ అనే ఎడారి బీటిల్‌ (పురుగు)లో ఈ విధానాన్ని చూడొచ్చు. నివాసయోగ్యం కాని, అత్యంత పొడి వాతావరణం కలిగిన ఆఫ్రికాలోని నమీబ్‌ ఎడారిలో ఈ జాతి కీటకాలు నివసిస్తున్నాయి. అది ‘ఫాగ్‌ బాస్కింగ్‌’ విధానం ద్వారా గాలి నుంచి నీటిని ఒడిసిపట్టి, దాహార్తి తీర్చుకుంటోంది. ఇందులో భాగంగా.. తన శరీరాన్ని గాల్లో ఆరబెట్టినట్లుగా ఉంచుతుంది. తద్వారా వాతావరణంలోని తేమను సేకరించి, నీటి బిందువులుగా మార్చుకుంటుంది. ఈ నీరు కీటకం రెక్కల్లోకి జారుతుంది. అక్కడి నుంచి నేరుగా దాని నోట్లోకి వెళుతుంది.  

ఇది శాస్త్రవేత్తల దృష్టిని ఆకర్షించింది. వారు ఈ పురుగు శరీర నిర్మాణాన్ని క్షుణ్నంగా పరిశీలించారు. వాటిపై చిన్నపాటి బుడిపెలను గుర్తించారు. అవి ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే.. గాల్లోని తేమను అంతగా ఒడిసిపట్టొచ్చని తేల్చారు. త్రీడీ ముద్రణ పరిజ్ఞానంతో ఆ ఆకృతులను అనుకరించేందుకు ప్రయత్నించారు. దీన్ని మెరుగుపరిస్తే.. ఒక సమర్థ పాసివ్‌ విధానం అమల్లోకి వచ్చినట్లే.

అందుబాటులో ఉన్న ఉత్పత్తులివీ..

సునామీ

కాలిఫోర్నియాలో సునామీ ప్రొడక్ట్స్‌ అనే సంస్థ.. గాల్లో నుంచి నీటిని సేకరించే వినూత్న యంత్రాన్ని అభివృద్ధి చేసింది. ఇది ఫోర్స్‌డ్‌ కండెన్సర్‌ తరహా వ్యవస్థ. ఇందులో కండెన్సింగ్‌ కాయిల్స్‌ ఉంటాయి. ఇవి గాలిని సేకరించి, అందులోని తేమ.. నీటి బిందువులుగా మారే వరకూ చల్లబరుస్తాయి. అనంతరం ఈ నీటిని ఈ సాధనం వడకడుతుంది. తేమ ఎక్కువగా ఉండే తీర ప్రాంతాల్లో ఇది బాగా పనిచేస్తుంది. రోజుకు 900 నుంచి 8,600 లీటర్లు ఉత్పత్తి చేస్తుంది. అయితే ఇలాంటి సాధనాల ధర ఎక్కువగా ఉంటోంది. విద్యుత్‌ వినియోగమూ అధికమే. సౌర విద్యుత్‌ వంటివాటిపై ఆధారపడితే ఖర్చులు తగ్గొచ్చు.

24 గంటలూ నీటి సరఫరా

స్విట్జర్లాండ్‌లోని ఈటీహెచ్‌ విశ్వవిద్యాలయ శాస్త్రవేత్తలు ఈ సాధనాన్ని అభివృద్ధి చేశారు. ఇందులో శంఖు ఆకృతిలోని ఒక రేడియేషన్‌ కవచం ఉంటుంది. అందులో ఒక గాజు నిర్మాణాన్ని ఏర్పాటు చేశారు. దీనిపై ప్రత్యేక పాలీమర్‌, సిల్వర్‌ పొరలతో తయారైన పూతను పూశారు. ఇది పాసివ్‌గా పనిచేస్తూ గాలిని 15డిగ్రీల సెల్సియస్‌ మేర చల్లబడేలా చూస్తుంది. ఉష్ణోగ్రతల్లో ఈ వైరుధ్యం కారణంగా గాల్లోని తేమ కండెన్స్‌ అవుతుంది. ఇది కోన్‌ కింద నిక్షిప్తమవుతుంది. అక్కడి నుంచి నీటిని సేకరించేందుకు శాస్త్రవేత్తలు.. ప్రత్యేక నీటి వికర్షక (వాటర్‌ రిపెల్లెంట్‌) పూతను గాజు కింద పూశారు. ఫలితంగా నీటి బిందువులు త్వరగా ఏర్పడి, వేగంగా దిగువ పాత్రలోకి జారిపోతాయి. విద్యుత్‌ అవసరంలేని ఈ విధానం 24 గంటలూ పనిచేస్తుంది.

‘మాయా బాటిళ్లు’

ఇది తనంతట తానే నీటిని నింపేసుకునే బాటిల్‌. గంటలోనే నిండుతుంది. ఆస్ట్రియాకు చెందిన క్రిస్టోఫ్‌ రెటెజార్‌ దీన్ని అభివృద్ధి చేశారు. ఇది తేమతో కూడిన గాలిని లోపలికి స్వీకరిస్తుంది. బాటిల్‌లోని హైడ్రోఫోబిక్‌ ఆకృతులు గాల్లోని నీటి ఆవిరిని కండెన్స్‌ చేసి, నీటి బిందువులుగా మారుస్తాయి. ఈ సాధనం 30 డిగ్రీల సెల్సియస్‌ ఉష్ణోగ్రత, గాల్లో తేమ 80-90 శాతం ఉన్నప్పుడు సమర్థంగా పనిచేస్తుంది.

సౌర శక్తితో..

ప్రత్యేక హైడ్రోజెల్‌, జెల్‌-పాలీమర్‌ హైబ్రిడ్‌తో టెక్సాస్‌ వర్సిటీ శాస్త్రవేత్తలు ఈ విధానాన్ని అభివృద్ధి చేశారు. ఇది గాల్లోని నీటిని ఒడిసిపట్టి, తనలో నిక్షిప్తం చేసుకుంటుంది. దీన్ని వేడిచేసినప్పుడు ఆ నీరు విడుదలవుతుంది. ఇందుకోసం ప్రత్యేకంగా ఇంధనాన్ని వాడాల్సిన అవసరం లేదు. ఐదు నిమిషాలు ఎండలో ఉంచితే, సౌరశక్తి సాయంతో వేడెక్కి, నీటిని విడుదల చేస్తుంది. కిలో హైడ్రోజెల్‌తో 50 లీటర్ల వరకూ నీటిని ఉత్పత్తి చేయవచ్చు.

నీటి ఎద్దడి ప్రాంతాలకు వరం

1990లలో స్పెయిన్‌లో తీవ్ర నీటి సంక్షోభం రావడంతో ఎన్రిక్‌ వెగా అనే శాస్త్రవేత్త.. గాలి నుంచి నీటిని సేకరించే యంత్రాన్ని తయారుచేశారు. ఇది నీటి ఎద్దడి ప్రాంతాల్లో బాగా ఉపయోగపడుతుంది. ఈ సాధనం గాలిని చల్లబరిచి, శుభ్రమైన తాగు నీటిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. ఈ యంత్రాల ఉత్పత్తికి ఆక్వాఎయిర్‌ సంస్థను వెగా ఏర్పాటు చేశారు. రోజుకు 50-70 లీటర్ల నీటిని ఉత్పత్తి చేసే చిన్న యంత్రాన్ని, 5వేల లీటర్లను అందించే పెద్ద సాధనాలనూ ఈ సంస్థ తయారుచేస్తోంది. ‘వాటర్‌ ఇన్‌సెప్షన్‌’ అనే స్వచ్ఛంద సంస్థతో కలిసి.. ప్రపంచవ్యాప్తంగా వెనుకబడ్డ ప్రాంతాలకు ఈ యంత్రాలను వెగా అందిస్తున్నారు. సౌరఫలకాల ద్వారా వీటి నిర్వహణ వ్యయాన్ని తగ్గించేందుకూ ప్రయత్నిస్తున్నారు.

షిప్పింగ్‌ కంటైనర్‌ ఆధారిత యంత్రం

డబ్ల్యూఈడీఈడబ్ల్యూ అనే కంపెనీ దీన్ని అభివృద్ధి చేసింది. 2018లో ఇది ‘వాటర్‌ అబండెన్స్‌ ఎక్స్‌ప్రైజ్‌’ కింద 17.5 కోట్ల డాలర్ల పురస్కారాన్ని గెల్చుకుంది. నీటి సంక్షోభాన్ని తగ్గించే ఆచరణయోగ్య పరిష్కార మార్గంగా దీన్ని అభివర్ణించారు. ఇందులో ఒక షిప్పింగ్‌ కంటైనర్‌ ఉంటుంది. దీనిలో.. సేంద్రియ వ్యర్థాల నుంచి వచ్చే బయోమాస్‌ గ్యాస్‌ సాయంతో తేమ వాతావరణాన్ని కల్పిస్తారు. కంటైనర్‌లోని స్కైవాటర్‌ అనే సాధనం.. దీని నుంచి శుద్ధమైన నీటిని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. ఇది రోజుకు 2వేల లీటర్ల నీటిని అందించగలదు. విద్యుత్‌నూ తక్కువగా ఉపయోగించుకుంటుంది. దీని నుంచి బయోచార్‌ అనే సహజసిద్ధ ఎరువునూ ఉత్పత్తి చేయవచ్చు.

వలవేసి పట్టి..

ఇది పాలిథిన్‌ ఫైబర్‌ వస్త్రంతో తయారైన పలుచటి వలల ద్వారా గాలి నుంచి నీటిని ఒడిసిపట్టే పరిజ్ఞానం. ఈ వలను నేలకు ఎగువన స్తంభాలకు కడతారు. ఈ వల తన గుండా వెళ్లే నీటి ఆవిరి నుంచి నీటిని ఒడిసిపడుతుంది. ఆ తర్వాత ఈ నీరు.. వల కింద ఉన్న పాత్రల్లో పడుతుంది. ఇది పూర్తిగా పాసివ్‌ విధానం. పరిమిత స్థాయిలోనే నీటిని అందిస్తుంది. పొగ మంచు ఎక్కువగా ఉండే రోజుల్లోనే ఇది బాగా పనిచేస్తుంది. తీర ప్రాంతాల నుంచి వేడి, తేమ గాలి వచ్చే పర్వత ప్రాంతాల్లో ఈ విధానం ఉపయోగపడుతుంది. దీని సాయంతో సాగు, తాగునీటిని ఉత్పత్తి చేయవచ్చు. ఎలక్ట్రోస్పన్‌ పాలీమర్లు, ఎక్స్‌పాండెడ్‌ గ్రాఫైట్‌తో తయారైన వల సాయంతో ఒహాయాలోని అక్రాన్‌ విశ్వవిద్యాలయ శాస్త్రవేత్తలు దీన్ని మెరుగుపరిచారు. ఫలితంగా వల ఉపరితల ప్రాంతం పెరిగింది. దీంతో మరింత ఎక్కువగా దానిపై నీరు తయారవుతుంది. చదరపు మీటరు వలతో రోజుకు 180 లీటర్ల నీటిని ఉత్పత్తి చేయవచ్చు.

సైనికుల కోసం  

అమెరికా సైనిక పరిశోధన సంస్థ ‘డార్పా’ కూడా ఈ విషయంలో ముందడుగు వేసింది. ఈ పరిజ్ఞానంలో తేలికైన ఒక ‘సార్బెంట్‌’ పదార్థం ఉంటుంది. అది గాల్లో నుంచి నీటిని ఒడిసిపడుతుంది. వ్యక్తిగతంగా సైనికుడికి సరిపడా తాగు నీటిని అందించే ‘ఎక్స్‌పిడీషినరీ యూనిట్‌’, 150 మందికి నీటిని అందించే స్టెబిలైజేషన్‌ విధానాన్ని డార్పా అభివృద్ధి చేస్తోంది.  

- ఈనాడు ప్రత్యేక విభాగం