Чтобы создать гидропонные установки дешевле ученые стремятся превратить ветер в воду

Дефицит чистой воды создает огромную угрозу для продовольственной безопасности во всем мире. Как в развивающемся мире, включая Китай и Индию, и даже в Соединенных Штатах, фермеры все чаще сталкиваются с трудной задачей получения достаточной чистой воды для выращивания сельскохозяйственных культур. Столкнувшись с этой сложной задачей, команда, стоящая за платформой GreenTop, разработала инновационную систему, которая использует энергию ветра для улавливания влаги в атмосфере, которая, в свою очередь, используется для выращивания фруктов и овощей гидропонически.

Создавая доступную, масштабируемую технологию, основанную исключительно на возобновляемых источниках энергии, платформа GreenTop позволяет фермерам наращивать производство продуктов питания, особенно в развивающихся странах, где климат засушливый, нехватка пахотных земель и доступ к чистой воде ограничены.

Победители премии Dow Sustainability Innovation Student Challenge Award (SISCA), команда GreenTop состоит из кандидатов наук и студентов МВА в Северо-западном университете и возглавляется Ашишем Басураем. Работая в Непале в качестве добровольца Корпуса мира, Басурэй стал свидетелем целого ряда устойчивых инноваций, которые возникли из новых или недорогих технологий, которые были интегрированы в существующую инфраструктуру.

Чтобы создать гидропонные установки дешевле ученые стремятся превратить ветер в воду

«Если технология будет работать в развивающихся странах, она должна быть дешевой, взаимозаменяемой и максимально использовать ресурсы, обитающие на местах», – объясняет Басурай. «В моей деревне ситуация с водой не была ужасной, но с Бангладеш всего в двух шагах от меня, я сразу осознал нехватку воды и пищи».

Basuray заметил, что с появлением недорогих насосов и прочных пластмасс сельчанам больше не приходилось переносить воду до крыш, где гравитация использовалась для создания давления воды. Теперь вода автоматически закачивается на крышу, где она хранится и нагревается солнцем в черных пластиковых резервуарах и легко доступна. Вдохновленный этим практическим новшеством, Басурай понял, что, используя огромное количество неиспользуемых крыш, где обычно хранится вода, а также популярность и спрос на сады для дворов, он мог бы объединить все три компонента для создания системы, которая выращивает культуры при сохранении драгоценных чистая вода.

Платформа GreenTop использует легкую, жилую ветряную турбину высотой от 10 до 15 футов и весом около 500 фунтов, которая может поддерживаться большинством крыш. Турбина производит примерно 1 кВт энергии для питания охлаждающей установки, состоящей из рециркулирующего этиленгликолевого насоса, недорогой и широко используемой технологии, которая позволяет влаге сгущаться от атмосферной влажности до постоянного потока воды. Учитывая средний уровень влажности 40% в полузасушливом климате, насос может генерировать два литра воды в час при скорости ветра около семи миль в час.

После сбора этой «свободной» атмосферной воды платформа GreenTop затем применяет ее к вертикальной гидропонной системе для посевов. Собранная вода хранится в резервуаре, который медленно просачивается через герметичный контейнер, наполненный местным компостом, где вода экстрагирует питательные вещества, а также фильтрует патогены и мелкодисперсные частицы через нанопористую проницаемую мембрану. Вода, богатая питательными веществами, затем течет через сотовую структуру, где она доставляется на посевы. Компактная и легкая система может увеличить плотность сельскохозяйственного урожая, уменьшая при этом массу почвы или потребность в больших количествах земли или других источников чистой воды.

Учитывая, что большая часть дизайна использует существующие технологии, дешевые и легко доступные компоненты и минимальные ресурсы, платформа GreenTop выглядит очень устойчивым, доступным и масштабируемым решением. По подсчетам Basuray, его команда может производить устройство GreenTop примерно за 800 долларов США, при этом стоимость, как ожидается, снизится, когда она будет произведена в более крупном масштабе. При оптимальных условиях выращивания система могла бы заплатить за себя в течение трех лет.

«Платформа GreenTop – очень умный системный подход к использованию ресурсов, сбору энергии и садоводству на крыше, который может заполнить непосредственную нишу в местных экономиках», – объясняет Кимберли Грей, профессор гражданской и экологической инженерии на Северо-Западе и председатель судейской коллегии SISCA , «Проект может сделать городской ландшафт намного более производительным, используя множество крыш в городах, которые не только увеличивают энергетическое бремя городов, но и создают тепловые острова. GreenTop может вносить обязательство в актив ».

Согласно Basuray, платформа GreenTop будет в значительной степени ориентирована на развивающиеся страны с непищевой водой, а также на городскую среду, в которой нет достаточного количества местных продуктов питания для более низких социально-экономических областей. После уточнения дизайна и разработки действующих прототипов они намерены продать систему международным организациям развития в течение первых нескольких поколений. После того, как GreenTop сможет масштабироваться, они будут нацелены на пользователей через правительственные учреждения или местные коммерческие предприятия.

«Использование недорогих ресурсов было ключевой мотивацией для этого проекта, поэтому поиск компонентов и частей, которые легко доступны в большинстве стран мира, переводится в более масштабируемость», – объясняет Басурай.

В настоящее время GreenTop активно ищет инвестиционный капитал для создания прототипа и начинает полевое тестирование устройства. В идеале они ищут инвесторов-ангелов и правительственные гранты, чтобы помочь поддержать первоначальное доказательство концепции. Самой большой проблемой, стоящей перед развитием платформы GreenTop, является нехватка рабочей силы. Теперь, когда признание Dow SISCA прошло, Basuray в настоящее время является единственным участником проекта и ищет партнеров со страстью и опытом.

Basuray планирует разработать и протестировать прототип GreenTop в течение следующих шести месяцев. После успешного тестирования он будет искать увеличение финансирования для расширения производства и подключения к целевым рынкам. Предоставляя свой опыт работе в Корпусе мира, Басурай воображает, что Непал является идеальным местом для пилотирования программы в сотрудничестве с гуманитарными учреждениями для мониторинга результатов. Далее по пути он нацелен на охват пяти развивающихся стран, которые хорошо подходят для использования платформы GreenTop, и приступить к работе с международными организациями по оказанию помощи (ООН, ЮСАИД и частные компании) для реализации инфраструктуры.

«В течение десятилетия GreenTop надеется стать обычным делом в большинстве развивающихся стран», – сказал Басурай, «надеюсь, что мы будем работать с местными, правительственными и международными агентствами для смягчения нехватки продовольствия и производства питьевой воды для тех, у кого нет этих основных ресурсов».

Климатические изменения, растущее население, загрязнение, в сочетании с плохой инфраструктурой и управлением, представляют собой серьезные риски для уже ограниченных 3% мирового водоснабжения, являющегося пресной водой. Система GreenTop, несомненно, станет долгожданным дополнением к рынку для использования и максимизации существующей чистой воды и выращивания сельскохозяйственных культур экономичным и устойчивым способом.”