Fog harvesting

mgły mogą stanowić alternatywne źródło świeżej wody w suchych regionach i mogą być zbierane dzięki prostym i tanim systemom zbierania. Pozyskana woda może być następnie wykorzystywana do nawadniania rolniczego i użytku domowego. Badania sugerują, że kolektory mgły działają najlepiej w miejscach o częstych okresach mgły, takich jak obszary przybrzeżne, gdzie woda może być zbierana, gdy mgła porusza się w głąb lądu napędzana przez wiatr. Jednak technologia może potencjalnie dostarczać wodę na obszarach górskich, jeśli woda jest obecna w chmurach stratocumulus, na wysokościach od około 400 m do 1200 M (UNEP, 1997B). Według Międzynarodowego Centrum Badań nad rozwojem (1995), oprócz Chile, Peru i Ekwadoru, obszary o największym potencjale korzyści obejmują atlantyckie wybrzeże Afryki Południowej (Angola, Namibia), RPA, Wyspy Zielonego Przylądka, Chiny, Jemen Wschodni, Oman, Meksyk, Kenia i Sri Lanka.

opis

pozyskiwanie mgły stanowi alternatywne źródło wody słodkiej dzięki technice wykorzystywanej do wychwytywania wody z mgły napędzanej wiatrem. Systemy zbierania mgły są zwykle instalowane w obszarach, w których obecność mgły jest naturalnie wysoka, zazwyczaj w regionach przybrzeżnych i górskich. Systemy są zwykle konstruowane w formie siatki, stabilizowanej między dwoma słupami, które są rozłożone pod kątem prostopadłym do panującego wiatru przenoszącego mgłę. Gdy wiatr przechodzi przez siatkę, krople wody słodkiej tworzą się i kapią do podstawowej rynny, z której rury prowadzą wodę do zbiornika.

technologia zbierania mgły składa się z jedno-lub dwuwarstwowej siatki podtrzymywanej przez dwa słupki wznoszące się z ziemi. Panele siatkowe mogą się różnić rozmiarem. Te wykorzystane przez University of South Africa w projekcie badawczym dotyczącym zbierania mgły miały powierzchnię 70 m2 (UNISA, 2008), podczas gdy w Jemenie zbudowano zestaw 26 małych standardowych kolektorów mgły (SFC) o powierzchni 1 m2 (Schemenaur et al, brak daty). Materiałem używanym do produkcji siatki jest zwykle siatka nylonowa, polietylenowa lub polipropylenowa (znana również jako „tkanina odcień”), która może być wytwarzana w różnych gęstościach zdolnych do wychwytywania różnych ilości wody z przechodzącej przez nią mgły (UNEP, 1997B). Kolektory są ustawione na grzbietach prostopadłych do panującego wiatru i wychwytują i zbierają wodę, gdy mgła przenika. Liczba i rozmiar wybranych oczek będzie zależeć od lokalnej topografii, zapotrzebowania na wodę oraz dostępności środków finansowych i materiałów. Według FogQuest optymalnym przydziałem są pojedyncze zespoły siatkowe o rozstawie między nimi co najmniej 5 m, z dodatkowymi kolektorami przeciwmgielnymi umieszczonymi powyżej w odległości co najmniej dziesięć razy większej niż drugi kolektor przeciwmgielny. W Republice Południowej Afryki w ramach projektu badawczego Uniwersytetu zorganizowano kilka paneli siatkowych w celu rozszerzenia obszaru zlewni i zapewnienia większej stabilności struktury w warunkach wietrznych (UNISA, 2008).

kolektor i system transportu działają dzięki grawitacji. Krople wody, które zbierają się na siatce, spływają w dół i kapią do rynny na dnie sieci, skąd są kierowane za pomocą rur do zbiornika lub cysterny. Typowe wskaźniki produkcji wody z kolektora mgły wahają się od 200 do 1000 litrów na dobę, przy czym zmienność występuje codziennie i sezonowo (FogQuest). Wydajność zbierania poprawia się dzięki większym kropelkom mgły, wyższym prędkościom wiatru i węższym włóknom/szerokości oczek. Ponadto siatka powinna mieć dobre właściwości drenażowe. Wskaźniki zbierania wody z kolektorów mgły przedstawiono w tabeli 1 poniżej.

Źródła: UNISA, 2008; Schemenauer et al, 2004; Washtechnology; FogQuest

wymiary systemu transportu i urządzenia magazynującego zależą od skali systemu. Należy zapewnić co najmniej 50% przewidywanej maksymalnej dziennej objętości zużytej wody. Do celów rolniczych woda jest gromadzona w zbiorniku regulacyjnym, przekazywana do zbiornika, a następnie wreszcie do systemu nawadniającego, który rolnicy mogą wykorzystać do podlewania swoich upraw (UNEP, 1997B).

obsługa i konserwacja są stosunkowo prostymi procesami po prawidłowym zainstalowaniu systemu. Niemniej jednak ważnym czynnikiem zrównoważonego rozwoju tej technologii jest ustanowienie rutynowego programu kontroli jakości, który powinien obejmować następujące zadania (UNEP, 1997B):

• Kontrola sieci siatkowych i napięć kablowych, aby zapobiec utracie wydajności zbierania wody i uniknąć uszkodzeń strukturalnych
• konserwacja sieci, kanalizacji i rurociągów, w tym usuwanie kurzu, gruzu i glonów
• Konserwacja zbiornika lub cysterny, aby zapobiec gromadzeniu się grzybów i bakterii
• w przypadku, gdy części zamienne nie są dostępne lokalnie, zaleca się przechowywanie zapasów siatki i innych elementów w rezerwacie, ponieważ lokalne dostawy mogą być ograniczone, zwłaszcza w odległych regionach górskich.

susza spowodowana zmianami klimatu prowadzi do zmniejszenia dostępności słodkiej wody w niektórych regionach. Ma to wpływ na produkcję rolną poprzez ograniczenie możliwości sadzenia i nawadniania. Pozyskiwanie mgły umożliwia przechwytywanie niezbędnych zasobów wody w celu wsparcia rolnictwa na tych obszarach. Ponadto, w przypadku stosowania do nawadniania w celu zwiększenia obszarów zalesionych lub pokrycia roślinnością, dostawy wody ze zbiorów mgły mogą pomóc w przeciwdziałaniu procesowi pustynnienia. Jeśli wyższe wzgórza w okolicy są obsadzone drzewami, również będą zbierać wodę mglistą i przyczyniać się do warstw wodonośnych. Lasy mogą następnie same się utrzymywać i dostarczać wodę do ekosystemu, pomagając budować odporność na bardziej suche warunki.

wdrożenie

systemy zbierania mgły najlepiej instalować w otwartych miejscach o dość dużej wysokości, które są narażone na przepływ wiatru. Informacje meteorologiczne i klimatyczne, takie jak dominujący kierunek przepływu wiatru, mogą wymagać zebrania w celu określenia optymalnego położenia. Po skonfigurowaniu technicznym konieczne może być również szkolenie w celu przedstawienia lokalnej społeczności systemu i jego wymagań konserwacyjnych. Gęsta mgła, duże prędkości wiatru i mocniejszy materiał siatkowy mogą poprawić wydajność systemu zbioru. Wydajność zbierania wody waha się od 5,3 litra na m2/dzień do 13,4 litra na m2/dzień w zależności od pory roku, lokalizacji i rodzaju (zastosowanego materiału) systemu zbiorów (Organizacja stanów amerykańskich, n. d.). Woda zebrana z kombajnów przeciwmgielnych może być wykorzystywana do wielu różnych celów, w tym do wody pitnej, nawadniania i innych zastosowań domowych. Siatka, zazwyczaj siatka nylonowa, polietylenowa lub polipropylenowa, jest szczelnie rozmieszczona między dwoma mocno osadzonymi słupami, Zwykle drewnianymi słupami. Wielkość systemu zbierania mgły może się znacznie różnić, przy czym najmniejszy to około 1 m2 jednostki, a największy do 1600 m2 (Dar SI Hmad, n. d.). Podstawowa rynna zbiera krople wody, które spadają z siatki. Krople są kierowane do oddzielnego zbiornika na wodę, w którym można zbierać i zużywać wodę. Konserwacja obejmuje rutynowe kontrole i czyszczenie siatek, rur i zbiorników w celu usunięcia kurzu, glonów, bakterii itp. aby zapewnić maksymalną wydajność i utrzymać jakość wody.

zalety technologii

• nie wymaga energii do działania.
• zmniejsza presję na lokalne zbiorniki słodkowodne w okresach niskiej dostępności wody.
• woda atmosferyczna jest ogólnie czysta, nie zawiera szkodliwych mikroorganizmów i od razu nadaje się do nawadniania. W wielu przypadkach wykazano, że woda zebrana za pomocą technologii zbierania mgły spełnia normy Światowej Organizacji Zdrowia (UNISA, 2008; WaterAid, brak daty). Wpływ instalacji i utrzymania technologii na środowisko jest minimalny (WaterAid, brak daty). Po zabezpieczeniu części składowych i Dozoru Technicznego Budowa technologii pozyskiwania mgły jest stosunkowo prosta i może być przeprowadzona na miejscu. Proces budowy nie jest pracochłonny, wymagane są tylko podstawowe umiejętności, a po zainstalowaniu system nie wymaga żadnej energii do działania. Biorąc pod uwagę, że pozyskiwanie mgły jest szczególnie odpowiednie na obszarach górskich, gdzie społeczności często żyją w odległych warunkach, inwestycje kapitałowe i inne koszty są zwykle niskie w porównaniu z konwencjonalnymi źródłami wody (UNEP, 1997B).
• zapewnia dodatkowe źródło wody słodkiej w suchych regionach przybrzeżnych i górskich, zwiększając tym samym jakość życia w społecznościach.
• zapewnia ogólnie czystą wodę, którą można zużyć natychmiast po zbiorze.
• minimalizuje koszty i potrzebę transportu słodkiej wody w trudno dostępny obszar.

wady technologii

technologie pozyskiwania mgły zależą od źródła wody, które nie zawsze jest niezawodne, ponieważ występowanie mgły jest niepewne. Jednak niektóre obszary mają skłonność do rozwoju mgły, zwłaszcza Górzyste obszary przybrzeżne na zachodnim brzegu kontynentalnym Ameryki Południowej. Ponadto obliczenie nawet przybliżonej ilości wody, którą można uzyskać w danym miejscu, jest trudne (Schemenauer i Cereceda, 1994). Technologia ta może stanowić ryzyko inwestycyjne, chyba że najpierw zostanie przeprowadzony projekt pilotażowy w celu określenia ilościowego potencjalnego uzysku wody, którego można oczekiwać na danym obszarze.

wymagania finansowe i koszty

koszty różnią się w zależności od wielkości łapaczy mgły, jakości i dostępu do materiałów, robocizny i lokalizacji witryny. Małe kolektory mgły kosztują od $ 75 do $ 200 każdy do zbudowania. Duże kolektory przeciwmgielne o powierzchni 40 m2 kosztują od $1,000 do $1,500 i mogą trwać do dziesięciu lat. Projekt wioski produkującej około 2000 litrów wody dziennie będzie kosztował około 15 000 dolarów (FogQuest). Zaletą systemów wieloczęściowych jest niższy koszt jednostkowy wyprodukowanej wody, a liczba użytkowanych paneli może ulec zmianie w zależności od warunków klimatycznych i zapotrzebowania na wodę (UNEP, 1997B). Udział wspólnoty przyczyni się do zmniejszenia kosztów pracy związanych z budową systemu pozyskiwania mgły.

wymagania instytucjonalne i organizacyjne

ogólnie zaleca się, aby lokalna ludność była zaangażowana w budowę projektu (UNEP, 1997; WaterAid, brak daty). Udział wspólnoty przyczynia się do zmniejszenia kosztów pracy, a także przyczynia się do zapewnienia poczucia odpowiedzialności przez Wspólnotę i zaangażowania w utrzymanie. Można by powołać wspólnotowy Komitet Zarządzający, składający się z przeszkolonych osób odpowiedzialnych za zadania związane z naprawami i konserwacją, co przyczyniłoby się do zapewnienia długoterminowej trwałości technologii. Na początkowym etapie mogą być wymagane dotacje rządowe na zakup surowców i finansowanie ekspertyz technicznych.

do wyboru miejsca do wdrożenia technologii pozyskiwania mgły wymagany jest zakres informacji meteorologicznych i geograficznych, w tym dominujący kierunek wiatru i potencjał pozyskiwania wody z mgły (np. częstotliwość występowania mgły i zawartość wody we mgle). Należy również przeprowadzić studium wykonalności i ocenę w skali pilotażowej w celu oceny wielkości i niezawodności źródła wody mgłowej. Niektóre z tych informacji mogą być zazwyczaj zbierane z rządowych agencji meteorologicznych, ale mogą wymagać lokalnych stacji meteorologicznych i użycia neblinometru (urządzenia do pomiaru zawartości ciekłej wody) w celu gromadzenia danych zlokalizowanych (Ramka 1).

Ramka 1: kluczowe wymagania informacyjne dotyczące oceny przydatności do zbierania mgły
„globalne wzorce wiatru: trwałe wiatry z jednego kierunku są idealne do zbierania mgły. Obszar wysokiego ciśnienia we wschodniej części południowego Oceanu Spokojnego przez większość roku wytwarza wiatry lądowe, Południowo-zachodnie w północnym Chile, a Południowe wzdłuż wybrzeża Peru.
Topografia: konieczne jest posiadanie wystarczającej ulgi topograficznej, aby przechwycić mgły/chmury. Przykłady w skali kontynentalnej obejmują przybrzeżne góry Chile, Peru i Ekwadoru, a w skali lokalnej obejmują izolowane wzgórza lub przybrzeżne wydmy.

ulga w okolicy: Ważne jest, aby nie było większych przeszkód dla wiatru w odległości kilku kilometrów pod wiatr od miejsca. W suchych regionach przybrzeżnych obecność zagłębienia lub basenu śródlądowego, które nagrzewa się w ciągu dnia, może być korzystna, ponieważ utworzony w ten sposób lokalny obszar niskiego ciśnienia może zwiększyć morską bryzę i zwiększyć prędkość wiatru, z jaką pokłady chmur morskich przepływają nad urządzeniami zbierającymi.

wysokość: grubość chmur stratocumulus i wysokość ich baz będzie się różnić w zależności od lokalizacji. Pożądana Wysokość robocza wynosi dwie trzecie grubości chmury nad podstawą. Ta część chmury zwykle ma najwyższą zawartość ciekłej wody. W Chile I Peru Wysokość robocza wynosi od 400 do 1000 m n. p. m.

orientacja cech topograficznych: ważne jest, aby oś podłużna pasma górskiego, wzgórz lub systemu wydm była w przybliżeniu prostopadła do kierunku wiatru przenoszącego chmury z oceanu. Chmury będą przepływać przez linie grzbietu i przez przełęcze, a mgła często rozprasza się po stronie pod wiatrem.

odległość od wybrzeża: istnieje wiele wysoko położonych miejsc kontynentalnych z częstymi pokrywami mgłowymi wynikającymi z transportu chmur pod wiatr lub tworzenia się chmur orograficznych. W takich przypadkach odległość do linii brzegowej nie ma znaczenia. Jednak obszary o wysokiej uldze w pobliżu linii brzegowej są ogólnie preferowanymi miejscami do zbierania mgły.

miejsce dla kolekcjonerów: linie grzbietu i krawędzie pod wiatr płaskich gór są dobrymi miejscami do zbierania mgły. Gdy używane są kolektory wody o długiej mgle, należy je umieścić w odstępach około 4,0 m, aby wiatr wiał wokół kolektorów.

lokalizacje Crestline i pod wiatr: dopuszczalne są lokalizacje o nieco niższej wysokości pod wiatr, podobnie jak Lokalizacje o stałej wysokości na płaskim terenie. Ale należy unikać lokalizacji za grzbietem lub wzgórzem, zwłaszcza tam, gdzie wiatr wieje w dół.”Źródło: UNEP, 1997B

oprócz twardych danych wyszczególnionych w ramce 1, wymagana jest wiedza specjalistyczna w zakresie budowy i utrzymania technologii zbierania mgły, a Społeczności lokalne powinny zapewnić szkolenia w celu przeprowadzania regularnej kontroli jakości i inspekcji sprzętu .

bariery we wdrażaniu

kilka wyzwań i problemów pojawiło się w związku z realizowanymi do tej pory projektami pozyskiwania mgły:

• tam, gdzie mgła jest źródłem sezonowym, woda musi być przechowywana w dużych ilościach do użytku w porze suchej (WaterAId, brak daty)
• jeśli nie jest odpowiednio utrzymywana, jakość wody staje się problemem w okresach niskiego przepływu
• gromadzenie wody we mgle wymaga szczególnych warunków środowiskowych i topograficznych, ograniczając jej zastosowanie do określonych regionów
• zakup i transport materiałów jest utrudniony przez odległe lokalizacje i stromy teren
• silne wiatry i opady śniegu mogą spowodować awarię konstrukcji w sezonie zimowym
• wydajność wody wynosi trudne do przewidzenia, wymagające studiów wykonalności przed wdrożeniem na dużą skalę
• aby zbiory były skuteczne, potrzebne są częste mgły i wystarczająca ilość wody, aby inwestycja była opłacalna. Ogranicza to technologie do obszarów o specyficznych warunkach.
• obecnie działa niewielu komercyjnych producentów siatki, z głównymi dostawcami zlokalizowanymi w Chile. Nie występuje w Afryce, Ameryce Północnej i Azji (FogQuest). Dlatego wdrożenie i konserwacja mogą być kosztowne z powodu importu lub transportu.
• objętość zbioru może być trudna do przewidzenia, szczególnie w dłuższej perspektywie, ponieważ zależy od obecności mgły, prędkości wiatru itp.
• w niektórych regionach przybrzeżnych jakość zebranej wody z mgły do picia jest gorsza ze względu na wysokie stężenia chloru, azotanów i minerałów
• duże konstrukcje zbierające mgłę mogą uszkodzić lub utrudnić florę i faunę
• trudne warunki pogodowe, takie jak bardzo silne wiatry i opady śniegu, mogą uszkodzić systemy zbioru

możliwości wdrożenia

• stosunkowo proste technologia.
• tańsze źródło słodkiej wody w porównaniu z innymi niekonwencjonalnymi źródłami zaopatrzenia w wodę, takimi jak odsalanie
• Dywersyfikacja zasobów słodkiej wody na obszarach, gdzie dostęp do słodkiej wody jest ograniczony, zwiększa odporność na zmiany klimatyczne
• materiały na komponenty systemu mogą być często pozyskiwane lokalnie, tworząc lokalne możliwości biznesowe
• gromadzenie wody z mgły stało się innowacyjną technologią dla społeczności górskich bez dostęp do tradycyjnych źródeł wody. Nadal w dużym stopniu znajduje się w stanie rozwoju, istnieje możliwość badań i rozwoju technologii pozyskiwania mgły i jej potencjału wspierania produkcji rolnej. Biorąc pod uwagę brak dostawców siatki, wykorzystanie dostępnych lokalnie materiałów do produkcji części stanowi szansę na rozwój lokalnego biznesu. Technologia ta zapewnia również możliwość przywrócenia naturalnej roślinności i wsparcia praktyk rolniczych poprzez pozyskiwanie czystej wody dla upraw i zwierząt gospodarskich.

względy wdrożeniowe*

dojrzałość technologiczna: 4-5
inwestycja początkowa: 1-3
koszty operacyjne: 1-2
ramy czasowe wdrożenia: 1-2

* niniejszy raport dotyczący technologii adaptacji zawiera ogólną ocenę czterech wymiarów związanych z wdrożeniem technologii. Stanowi orientacyjną skalę oceny 1-5 w następujący sposób:
dojrzałość technologiczna: 1 – we wczesnych stadiach badań i rozwoju, do 5 – w pełni dojrzała i szeroko stosowana
początkowe inwestycje: 1 – bardzo niski koszt, do 5 – bardzo wysokie koszty inwestycji potrzebne do wdrożenia technologii
koszty operacyjne: 1-bardzo niskie koszty/brak kosztów, do 5-bardzo wysokie koszty eksploatacji i utrzymania
ramy czasowe wdrożenia: 1 – bardzo szybkie wdrożenie i osiągnięcie pożądanej zdolności produkcyjnej, do 5-znaczne inwestycje w czasie potrzebne do ustanowienia i/lub osiągnięcia pełnej zdolności produkcyjnej
niniejsza ocena ma być stosowana wyłącznie jako wskazówka i powinna być postrzegana jako w stosunku do innych technologii zawartych w niniejszym przewodniku. Bardziej szczegółowe koszty i terminy należy określić jako istotne dla konkretnej technologii i geografii.

Case Studies

• Morroco: Picie z chmur-kobiety i mężczyźni przekształcają rosę i mgłę w wodę pitną

• UNEP-Dhi Partnership-Fog harvesting
• IDRC (International Development Research Centre) (1995) Reading Clouds in Chile, IDRC Reports, Ontario.
• Schemenauer, R. S., P. Osses, and M. Leibbrand (2004). Fog collection evaluation and operational projects in the Hajja Governorate, Yemen. In: Proceedings of the 3rd International Conference on Fog, Fog Collection and Dew, Cape Town, South Africa, 38.
• Schemenauer, R. S. and P. Cereceda (1994). Rola zbierania mgły w planowaniu wody dla krajów rozwijających się. Natural Resources Forum, 18, 91-100
• UNEP (1997) Sourcebook of Alternative Technologies for Freshwater Augmentation in Some Countries in Asia, UNEP, Unit of Sustainable Development and Environment General Secretariat, Organisation of American States, Washington, D. C.
• NISA (University of South Africa) (2008) Research Report, UNISA. Kapsztad.
• WaterAid, Brief techniczny: zbieranie wody deszczowej, brak daty
• Cho, R. (2011). Kolektory Mgły: Zbieranie Wody Z Powietrza. Earth Institute, Columbia University. Dostępne w: http://blogs.ei.columbia.edu/2011/03/07/the-fog-collectors-harvesting-w…
• Dar Si Hmad (n. d.) Fog-Harvesting. Darsihmad.org. dostępne w: http://www.darsihmad.org/fog-harvesting/
• Gur, E. and Spuhler, D. (N. d.) Fog Drip. Zrównoważona gospodarka sanitarna i wodna (SSWM). Dostępne w: http://www.sswm.info/content/fog-drip
• OAS (N. d.) 1.3 Fog Harvesting. Organizacja Państw Amerykańskich. Dostępne w: http://www.oas.org/dsd/publications/unit/oea59e/ch12.htm
• Quezada, A., Haggar, J., Torres, J. and Clements, R. (N. d.) Fog Harvesting. Klimatetechwiki. Dostępne pod adresem:http://www.climatetechwiki.org/content/fog-harvesting
  Wikipedia (2016). Kolekcja Mgły. Wikimedia Foundation. Dostępne w: https://en.wikipedia.org/wiki/Fog_collection