Сонячне опріснення без рідкого розсолу: що це означає для майбутнього води

Близько 2,2 млрд людей у світі не мають доступу до безпечної питної води — таку оцінку наводить ООН. Опріснення морської води могло б дати додаткові джерела прісної води, але традиційні методи мають суттєві недоліки.

Зворотний осмос потребує спеціальних мембран, а термічна дистиляція — великої кількості тепла. Обидва підходи можуть утворювати висококонцентрований солоний розчин — розсіл. Якщо скидати його в океан, локальна солоність води зростає, а рівень кисню падає, що створює несприятливі умови для морських організмів.

Команда під керівництвом Чуньлея Го, професора оптики та фізики Рочестерського університету, запропонувала інший підхід. Йдеться про сонячну термічну систему на основі чорного металу, поверхню якого обробили фемтосекундними лазерами. Таке оброблення формує мікроскопічні структури, що змінюють взаємодію металу зі світлом і водою: поверхня добре поглинає сонячне випромінювання й сприяє швидкому розтіканню тонкого шару води.

Коли система працює, вода випаровується, а розчинені солі та мінерали залишаються на поверхні. Щоб вони не накопичувалися в зоні випаровування, дослідники зробили мікроскопічні канавки, які спрямовують їх до необроблених ділянок панелі. Це не дає утворитися щільному шару солі, який міг би заблокувати рух води та знизити ефективність.

Механізм спирається на так званий ефект кавового кільця: коли крапля рідини висихає, розчинені частинки переміщуються до її країв і утворюють концентроване кільце. За тим самим принципом система спрямовує солі до пасивних ділянок панелі.

Технологію випробували на справжній морській воді, зібраній із Тихого, Атлантичного та Індійського океанів. Панелі виробляли прісну воду, а солі переміщувалися до пасивної області, де їх можна було зібрати. Накопичення мінералів не призвело до зниження ефективності опріснення.

На відміну від звичайних систем, нова технологія не створює концентрований рідкий розсіл. За результатами експериментів, майже 100% розчинених солей можна отримати у твердій формі. Це потенційно дозволяє розглядати частину матеріалу як ресурс, а не як відхід. Дослідники також перевірили можливість вилучення окремих цінних мінералів: команда Го модифікувала панель, щоб вилучати літій із суміші солей. За словами науковців, вилучення літію безпосередньо із солоної води потенційно може стати альтернативою традиційному видобутку, який потребує значних енергетичних ресурсів.

Що це означає на практиці. Поки що технологія перебуває на стадії доказу концепції — дослідники випробовували її на відносно невеликих пристроях. Тобто говорити про найближчу появу таких панелей у промислових масштабах зарано. Для батьків і студентів тут важливий інший висновок: інженерні рішення у сфері води дедалі частіше орієнтуються не лише на «добути прісну воду», а й на те, щоб зменшити шкоду для довкілля та використати відходи як сировину. Якщо подальший розвиток технології буде успішним, вона може одночасно давати прісну воду та мінерали з морської або солоної води.