Исследователи из Университета Райса (Техас, США) представили уникальную установку для опреснения воды под названием STREED (Solar Thermal Resonant Energy Exchange Desalination), работающую на солнечной энергии и не требующую подключения к электросети. Новинка использует оригинальный метод рециркуляции тепла, что позволяет производить питьевую воду как при солнечном свете, так и в его отсутствие.
В отличие от традиционных систем, зависящих от сложной инфраструктуры и уязвимых мембран, STREED предлагает децентрализованное, устойчивое и практически не требующее обслуживания решение. Благодаря использованию физики резонанса установка продолжает эффективно функционировать даже после захода солнца или в пасмурную погоду.
Простой, но мощный подход
Процесс опреснения предполагает удаление минеральных солей, таких как кальцит, гипс и поваренная соль, из воды. Сегодня это критически важно для прибрежных регионов, где пресная вода становится всё более дефицитной. Однако наиболее распространённый метод — обратный осмос — требует значительных энергозатрат и уязвим к загрязнению мембран, особенно в удалённых районах.
Чтобы обойти эти сложности, учёные из Университета Райса предложили принципиально иную схему: вместо мембран — две параллельные каналы. В одном протекает нагретая солёная вода, в другом — воздух. При нагреве вода испаряется, пар переходит в воздушный канал, где конденсируется в чистую воду, оставляя соли и другие примеси.
Энергия в движении
Главное технологическое новшество STREED — способ хранения и повторного использования тепла. Вдохновлённые явлением резонансного теплообмена, известным в электротехнике и механике, учёные реализовали непрерывное колебательное движение тепла между потоками солёной воды и воздуха. Это обеспечивает высокую эффективность системы и избавляет от необходимости в аккумуляторах или внешних хранилищах энергии.
«Ключевое преимущество нашего подхода — это адаптивное управление внутренними потоками в системе в зависимости от солнечного освещения в течение дня», — объяснил Уильям Шмид, аспирант кафедры электротехники и вычислительной техники и ведущий автор исследования.
Результаты испытаний и перспективы
Полевые испытания в Сан-Маркосе (Техас) показали, что прототип способен производить до 0,75 литра питьевой воды в час. Моделирование в других городах, таких как Портленд и Альбукерке, зафиксировало улучшение эффективности на 77% по сравнению с традиционными установками. Причем даже при низкой солнечной активности система сохраняет высокую производительность.
«Мы сознательно использовали прочные и неприхотливые материалы, чтобы установка была доступной и масштабируемой», — добавил Алессандро Алабастри, доцент Университета Райса и соавтор исследования.
Проект поддержан Национальным научным фондом США, Министерством энергетики США и Национальным советом науки и технологий Мексики. По мнению авторов, технология STREED может изменить подход к получению чистой воды и стать основой для устойчивых водоснабжающих систем будущего.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Water.
