Опреснение морей с помощью солнечного света.

Простой метод опреснения и превращения морской воды в питьевую с использованием солнечной энергии. Источник.

Вдохновлённый плавающим солнечным кадром из фильма «Жизнь Пи», профессор Цяоцян Ган из Университета науки и технологии короля Абдулы (KAUST) разработал несколько наноматериалов и процессов термоизоляции, чтобы улучшить испарение солоноватой воды в чистый пар. В 2016 году он запустил стартап Sunny Clean Water, который производит недорогие надувные дистилляторы, способные выдавать до 20 литров пресной воды в день.

Это довольно хороший результат, однако же он признает, что, когда дело доходит до очистки морской воды, даже его устройства имеют ограничения: «Со временем вы всегда будете видеть накопление соли на поглощающем солнечный свет материале ‒ накопленная соль отражает солнечный свет и ухудшает работу дистиллятора».

Присоединившись к KAUST пару лет назад, Ган, совместно профессором Ю Ханом и исследователем Кайджи Янг, занялся вопросом повышения эффективности очистки воды от соли. Изначально в этой стратегии ограничения накопления минералов на поверхностях устройства подразумевалось использование гидрофобных поверхностей или конвекции жидкости.

Однако вылилось эта затея в пластиковый куб сантиметрового размера, который содержит несколько мембран из стекловолокна ‒ тонкие материалы, обычно используемые для фильтрации, ‒ именно так выглядит новый испаритель команды. Да, и конвекция, и гидрофобные поверхности здесь тоже нашли применение, но главную роль в успешности затеи сыграли не они, а конструкционные решения.

На верхней поверхности куба происходит поглощение солнечного света, за которое ответственна расположенная там горизонтальная мембрана, покрытая углеродными нанотрубками. Под ней находится целый ряд вертикально ориентированных мембран, выполняющих роль мостов для переноса масс. Эти мосты позволяют не просто отдалить поглотитель солнечной энергии от основной массы солёной воды, но и произвести саму фильтрацию ‒ отделить массу воды от массы соли. Таким образом, нагретые солнечной энергией испарения морской воды конденсируются в виде пресных капель и могут быть собраны, а выделенная в процессе соль остаётся в системе.

Кайджи Янг, придумавший этот дизайн, объясняет, что вертикальные мембраны впитывают морскую воду в верхний «солнечный» слой для дистилляции в пар. Происходит это благодаря содержащимся в них гидрофильным микроканалам. А когда накопление солей достигает порога масс, те же самые микроканалы переносят рассол обратно в морскую воду за счёт капиллярного действия градиентов концентрации. Потому авторы и назвали эту часть устройства мостами массопереноса.

Кроме того, эти поднимающие влагу мосты также обладают теплопроводностью, а это значит, что тепло, возникающее при обратном потоке соли (то есть при стекании её с этих мостов), поступает в солнечный дистиллятор (поскольку он находится вверху), повышая тем самым эффективность испарения.

«Другие испарители могут обеспечить хорошее удаление солей, но с коротким процессом обратного потока происходит много потерь тепловой энергии, что влияет на скорость производства воды», ‒ хвалится Янг своим изобретением.

И действительно, исследователям есть чем гордится: новая технология опреснения воды солнечными дистилляторами обеспечивает удвоение производительности по сравнению даже с установками, не допускающими использование соли. Она может очищать рассол из установок обратного осмоса с солёностью более 10 процентов. То есть вы можете заварить чай на воде из Красного моря. 

«Преимущество нашей системы заключается в том, что она может найти компромисс между отказом от соли и образованием воды» ‒ добавляет Янг.

Испытания как в закрытых лабораториях, так и на открытых полевых станциях показали, что солнечный дистиллятор может удовлетворить потребность в питьевой воде двух человек в день, при ориентировочной стоимости сырья в 50 долларов США за квадратный метр.

«Мы можем масштабироваться до более крупной архитектуры, собирая кубы вместе, ‒ напоминает профессор Хан. ‒ Поскольку это устройство обеспечивает длительную работу без какого-либо обслуживания, мы готовимся к коммерциализации».

И напоследок: по данным ООН, более 40% мирового населения живёт в условиях дефицита воды. С одной стороны, доступа к чистой воде лишены 700 миллионов человек. Обыватель может сказать, что это не много в масштабах целой планеты ‒ мол, могли бы и переехать, ‒ однако почти 2 миллиарда человек, проживающих непосредственно в районах речных бассейнов, также нуждаются в дополнительных источниках пресной воды! Почему? Потому что, увы, с каждым годом человечество отравляет всё больше водоёмов и наше упорство в этом деле тоже растёт. Вот и получается, что пригодной для питья воды на планете становится всё меньше и меньше…

Но пока у человечества есть люди и наука, у нас есть шанс.

АРМК, по материалам KAUST.