Сонячне опріснення без рідкого розсолу: як працює система та що це означає

Звичні методи опріснення, зокрема зворотний осмос і термічна дистиляція, після себе залишають концентрований рідкий розсіл. Нова розробка команди під керівництвом професора оптики та фізики Чунлея Го пропонує інший підхід: сіль та інші розчинені речовини залишаються на спеціальній поверхні у твердому вигляді, і їх можна зібрати.

Як влаштована система

Основою пристрою є чорний метал, поверхню якого обробили фемтосекундним лазером. Такі імпульси тривають лише квадрильйонні частки секунди й створюють на металі мікроскопічні структури. Завдяки їм поверхня добре поглинає сонячне світло та швидко переміщує воду.

Тонкий шар морської води розподіляється по активній частині панелі. Метал нагріває воду і запускає випаровування, а сіль не випаровується й залишається на поверхні. Щоб кристали не забивали пристрій, на металі зробили мікроскопічні канавки — вони спрямовують сіль до країв панелі, у пасивну область. Для цього використали принцип, відомий як «ефект кавового кільця»: коли крапля кави висихає, розчинені частинки рухаються до її країв і утворюють характерне кільце. За схожим принципом система відводить солі від ділянки випаровування.

Що показали випробування

Технологію перевірили на морській воді з Тихого, Атлантичного та Індійського океанів. Це важливо, бо реальна морська вода містить не лише хлорид натрію, а й магній, кальцій та інші речовини, які під час випаровування можуть утворювати тверді відкладення й блокувати поверхню.

За результатами експериментів, поверхня самоочищалася, одночасно виробляючи прісну воду, а накопичення мінералів не знижувало ефективність опріснення. Система також дозволяла вилучати майже 100% розчинених солей у твердому вигляді.

Сіль як джерело мінералів

Тверді залишки можна не просто утилізувати, а використовувати як джерело цінних мінералів. Особливий інтерес становить літій, який застосовують у літій-іонних акумуляторах для електромобілів, смартфонів та ноутбуків. В окремому дослідженні команда модифікувала поверхню панелей, додавши до канавок наночастинки на основі титанату водню, здатні вибірково відокремлювати літій від інших солей. Під час експерименту зі зразками з Великого Солоного озера вдалося вилучити близько 50% літію, що містився в солях, які залишилися після опріснення.

Що це означає для батьків і студентів

Поки що йдеться про лабораторні зразки, а не про готові установки. Дослідники продемонстрували роботу технології на невеликих експериментальних пристроях, і наступним етапом має стати перевірка можливості масштабування для практичного використання. Тобто в найближчому майбутньому розробка не змінить побутове водопостачання й не вплине на навчальні програми.

Підсумок

Йдеться про потенційно важливий напрям: сонячне опріснення без рідкого розсолу, яке до того ж може давати сировину для акумуляторів. Але говорити про реальне застосування зарано — технологія лише на ранній стадії, і ключове питання масштабування ще належить дослідити.