Dunyoning qurg‘oqchil qirg‘oqbo‘yi hududlari, ayniqsa uzoq davom etgan qurg‘oqchilik sharoitida, suv manbai sifatida tumanni yig‘uvchi qurilmalar uchun juda qulay joylardir. Biroq, mavjud standart texnologiyalar ko‘pincha tiqilib qolish muammosiga duch keladi. Virjiniya Texnika Universiteti (Virginia Tech) olimlari ushbu muammoni hal qilish maqsadida o‘zlarining avvalgi "tuman arfasi" (fog harp) dizaynining takomillashtirilgan versiyasini yaratdilar. Bu haqda Journal of Materials Chemistry A jurnalida chop etilgan yangi maqolada batafsil ma’lumot berilgan.

Kadrda Virjiniya Texnika Universiteti mutaxassislari tomonidan yaratilgan tuman arfasining prototipi suv bug‘ini yig‘ayotgani tasvirlangan bo‘lib, bu qurilma quruq hududlarda suv muammosini hal qilishda muhim qadam bo‘lishi mumkin.

Tumanni yig‘ish yoki shudringni ushlash qadim zamonlardan beri, masalan, Inklar davridan beri qo‘llanilib kelinayotgan usuldir. Ular o‘sha paytda daraxtlar ostiga paqirlar qo‘yib, kondensatsiyadan hosil bo‘lgan suvni yig‘ishgan. Bugungi kunda ham ushbu amaliyot tabiatda, jumladan, Namib cho‘lida yashovchi qo‘ng‘izlar tomonidan kuzatiladi. Bu qo‘ng‘izlar o‘z qanotlarida kondensatsiyalanuvchi suv hisobiga yashaydi. Ularning qanotlarida suvni tortuvchi (gidrofil) va suvni itaruvchi (gidrofob) hududlar navbatma-navbat joylashgan bo‘lib, bu kondensatsiyani kuchaytiradi.

Hozirgi tuman yig‘uvchi qurilmalar odatda ramkaga o‘rnatilgan, ostida nov yoki havzasi bo‘lgan to‘rli setkalardan iborat. Qo‘ng‘iz qanotlari singari, bu to‘r tolalariga ham gidrofob yoki gidrofil xususiyat beruvchi kimyoviy qoplamalar surtiladi.

Ushbu suv yig‘uvchi qurilmalarning samaradorligi tolalarning va to‘r teshiklarining hajmini kamaytirishga bog‘liq. Virjiniya Texnika Universitetidan tadqiqotchi Jonatan Boreykoning laboratoriyasida ish olib boruvchi talaba Jeyms Kainduning Ars nashriga aytishicha, "Agar teshiklar juda katta bo‘lsa, mikroskopik tomchilar ulardan o‘tib ketardi va ko‘p suv yig‘ib bo‘lmasdi". Ammo buning salbiy tomoni shundaki, kichikroq tolalar va teshiklar tiqilib qolishga moyil bo‘ladi. Kaindu ta’kidlaganidek, "Agar ular juda kichik bo‘lsa, tomchilar birlashib, suv plyonkasi hosil qiladi. Bu esa oqimga to‘sqinlik qilib, to‘siq vazifasini o‘taydi va suvni ushlab qolish samaradorligiga keskin ta’sir qiladi".

Mana shu sababli, Boreyko guruhi 2018 yilda "tuman arfasi"ni yaratdi. Nomidan ham anglashilganidek, tuman arfasi vertikal simlardan iborat bo‘lib, ular orasida gorizontal kesishmalar mavjud emas. Bu Kaliforniya qizil daraxtlaridan ilhomlanib yaratilgan bo‘lib, bu daraxtlar yillik suv iste’molining 35 foizini barglaridan tomchilaydigan tumandan oladi.

Tadqiqotchilar Jonatan Boreyko (chapda) va Bruk Kennedi (o'ngda) 2018 yilda original "tuman arfasi" bilan.

Laboratoriya sharoitida o‘tkazilgan kichik modellarning sinovlarida ushbu dizayn juda yaxshi natija ko‘rsatdi, oddiy to‘rli setkalarga nisbatan ikki-etti barobar ko‘proq suv yig‘di. Biroq, ular o‘z dizaynlarini Monterey ko‘rfazida sinab ko‘rishganda, vaziyat o‘zgardi. Haqiqiy sharoitlarda kattaroq, taxminan 1x1 metr (yoki 3x3 fut) o‘lchamdagi versiyalar talab etildi. Bunday katta o‘lchamda sirt tarangligi muammoga aylandi va vertikal iplar bir-biriga yopishib qola boshladi, Kaindu ta’kidlaganidek, "sochlaringiz suv tegib bir-biriga yopishganidek". Va yana, suv yig‘ish samaradorligi pasaydi.

Ikki Dunyoning Eng Yaxshi Jiholari: Gibrid Yechim

Shu bois, jamoa o‘rta yo‘lni tanladi va an’anaviy to‘r hamda tuman arfasining elementlarini birlashtirib, gibrid versiyani yaratdi. Bu, asosan, bir-birining ustiga terilgan, vaqti-vaqti bilan ko‘ndalang tirgak simlar bilan ajratilgan bir qator kichik hajmli tuman arfalaridan iborat. Boreyko bu tuzilmani aniq belgilanuvchi pardalari bo‘lgan gitara bo‘yniga o‘xshatadi. Bu esa kerakli suv yig‘ish samaradorligiga erishish uchun iplarning bir-biriga yopishib qolish muammosini bartaraf etdi.

Kainduning so‘zlariga ko‘ra, jamoa laboratoriyada ushbu konsepsiyaning turli xil variantlarini sinovdan o‘tkazdi. Bir tomonda ko‘plab o‘zaro bog‘lanishlarga ega standart to‘rli setkalardan tortib, boshqa tomonda esa hech qanday bog‘lanishlarsiz original tuman arfasigacha bo‘lgan variantlar sinovdan o‘tkazildi. Ular orasida yuz, o‘n, besh va uchta o‘zaro bog‘lanishlarga ega versiyalar ham bor edi. Barcha qurilmalar havoda osilgan holda ultratovushli namlagichlar yordamida hosil qilingan tuman bilan ta’sirlantirildi.

Keyin ular belgilangan vaqt ichida yig‘ilgan suv massasini o‘lchadilar, har bir variant uchun umumiy samaradorlikni (havodagi barcha tuman suvining qancha qismi ushlab qolinganini) aniqlashdi. Takomillashtirilgan gibrid tuman arfasi sof to‘rli tuman yig‘uvchilarga va original tuman arfasiga nisbatan tuman yig‘ish samaradorligini ikki-sakkiz barobar oshirdi, bu boshqa o‘zgaruvchilarga bog‘liq edi. Uch va beshta o‘zaro bog‘lanishga ega dizaynlar eng yuqori samaradorlikka erishishda "oltin o‘rta" nuqta bo‘ldi.

Jonatan Boreyko Ars nashriga bergan intervyusida: "An’anaviy tuman yig‘ish texnologiyalaridan farqli o‘laroq, biz kimyoviy moddalar o‘rniga aqlli geometrik dizaynlardan foydalanishga harakat qilyapmiz", dedi. "Bu sohaga kirib kelganimda, deyarli hamma to‘rlardan foydalanardi, lekin ular tiqilib qolishni kamaytirish uchun to‘rlarga tobora aqlli kimyoviy qoplamalar surtishga harakat qilishardi. Biz shunchaki to‘rdan arfaga o‘tish, hech qanday kimyoviy modda yoki qoplama ishlatmasdan — faqatgina geometriyani o‘zgartirish tiqilib qolish muammosini ancha yaxshi hal qilishini aniqladik."

Jeyms Kayndu original tuman arfasi yonida yangi suv yig'ish prototipini tekshirmoqda.

Laboratoriyadagi prototiplarida Boreyko jamoasi o‘zlarining "arfali iplarini" zaif gidrofob plastikdan 3D-printerda chop etishdi. "Ammo umuman olganda, arfa qoplanmagan zanglamaydigan po‘lat simlar bilan ham ajoyib ishlaydi va hech qanday murakkab qoplamani talab qilmaydi", dedi Boreyko. Va gibrid arfani klassik to‘rlar singari osongina masshtablash mumkin. Bu shunchaki kichikroq balandlikdagi arfalarni metrga metr birlashtirib, kerakli o‘lchamga erishishni anglatadi. "Bu narsaning qanchalik katta bo‘lishida hech qanday chegara yo‘q", dedi u.

Modelni masshtablash, shuningdek, kattaroq prototiplarni tashqi sharoitlarda sinovdan o‘tkazish keyingi aniq qadam hisoblanadi. Boreyko gibrid tuman arfasining elektr versiyasini ham sinovdan o‘tkazishni istaydi. "Agar siz kuchlanish qo‘llasangiz, undan ham ko‘proq suv yig‘ish mumkinligi ma’lum bo‘ladi", dedi u. "Chunki bizning gibrid tizimimiz tiqilib qolmaydi, siz ikki dunyoning eng yaxshi tomonlariga ega bo‘lishingiz mumkin: suv yig‘ish hajmini oshirish uchun elektr maydonidan foydalanish va shu bilan birga tiqilib qolishni oldini olish."

Gibrid tuman arfasi ko‘p tuman tushadigan har qanday qirg‘oqbo‘yi hududida suv yig‘ish uchun juda mos bo‘lsa-da, Boreyko yuqori samarali tuman yig‘uvchilar uchun boshqa, kamroq aniq bo‘lgan potentsial ilovalarni ham ko‘zda tutadi. Masalan, xavfsizlik xavfini tug‘diradigan yo‘llar, magistral yo‘llar yoki aeroport uchish-qo‘nish yo‘laklari tuman tushishiga moyil bo‘lgan joylarda. "Hatto sanoat kimyoviy moddalar yetkazib beruvchilari bosimli azot gazi kabi narsalarni yaratishmoqda", dedi u. "Jarayon atrof-muhit havosini muzli tumanga aylantiradi, bu esa ko‘chalar bo‘ylab tarqalib, shahar kvartallariga katta zarar yetkazishi mumkin."

Journal of Materials Chemistry A, 2025. DOI: 10.1039/d5ta02686e