Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) в сотрудничестве с инженерами из Китая разработали инновационное устройство превращения морской воды в питьевую. Эта новая система обладает двумя значительными преимуществами: высокой скоростью производства воды и эффективным удалением избыточной соли.
“Впервые стоимость питьевой воды, произведенной с помощью солнечной энергии, может быть дешевле, чем стоимость воды из водопровода. Это открывает возможность использования солнечной десалинации для решения многих реальных проблем”, - говорит Янг Чжон, аспирант MIT и соавтор проекта.
Как это работает?
Установка включает многоступенчатую систему испарителей и конденсаторов. Кроме того, работа устройства заимствует принцип океанической циркуляции, вызываемой изменениями температуры и солености воды. Проще говоря, конструкция устройства позволяет воде циркулировать в виде небольших вихрей или водоворотов.
Комбинация циркуляции и солнечного тепла вызывает активное испарение воды. Соль при этом остается в жидком растворе. Полученный водяный пар может быть конденсирован в чистую питьевую воду. Но важно, что при этом избыточная соль проходит сквозь через устройство, не накапливаясь и не препятствуя его работе.
“Когда морская вода подвергается воздействию воздуха, солнечная энергия вызывает испарение воды. Когда водяной пар улетучивается с поверхности, соль остается. И чем выше концентрация соли, тем плотнее становится жидкость. Эта более плотная вода стремится опускаться вниз. Воссоздав этот природный механизм в маленькой коробке, мы можем использовать его для отделения соли”, - говорит Ленан Чжанг, исследователь в лаборатории MIT.
Основой этого уникального дизайна является небольшая коробка, запечатанная высокоэффективным поглощающим тепло материалом. Внутри коробка разделена на верхнюю и нижнюю части.
Вода может протекать через верхнюю половину, где потолок покрыт слоем испарителя, использующего солнечное тепло для нагрева и испарения воды при непосредственном контакте. Водяной пар затем направляется в нижнюю половину коробки, где слой конденсаторов с воздушным охлаждением превращает пар в питьевую жидкость без соли.
Устройство размером с чемодан может производить 4-6 литров питьевой воды в час. Инженеры создали прототипы с разным числом ступеней (одна, три и десять) и оценили их эффективность, используя воду с разным уровнем солености. Тесты показали, что увеличение каждой ступени в размерах до квадратного метра может обеспечить до пяти литров питьевой воды в час.
При масштабировании устройства до размера небольшого чемодана система может производить 4-6 литров питьевой воды в час и оставаться в рабочем состоянии в течение нескольких лет. При такой эффективности она может оказаться более экономичной, чем водопроводная вода.
Команда надеется, что в ближайшем будущем масштабированная система сможет производить достаточное количество питьевой воды, чтобы удовлетворять ежедневные потребности маленькой семьи. Кроме того, система может обслуживать отдаленные прибрежные регионы, не подключенные к сети водоснабжения.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Joule.
