Учёные из Университета Рочестера разработали новую солнечную технологию опреснения морской воды, которая не производит вредного рассола и не требует химических добавок. Вместо этого она извлекает почти 100% солей в твёрдом виде, которые можно использовать как обычную поваренную соль или для добычи ценных минералов, например лития.
Метод основан на специальных солнечных панелях из «чёрного металла», обработанного фемтосекундным лазером. Поверхность становится супер-впитывающей для воды и почти полностью поглощает солнечный свет.
Как работает новая установка
Лазерная обработка создаёт на металле микроскопические канавки. Активная зона панели притягивает тонкий слой морской воды, солнечный свет нагревает её, и вода испаряется. Пары конденсируются в виде чистой пресной воды.
Оставшиеся соли и минералы не забивают рабочую поверхность. Учёные использовали известный физический эффект — так называемый «эффект кофейного кольца». Когда капля жидкости высыхает, растворённые вещества концентрируются по краям. Благодаря специальной текстуре поверхности соли и минералы постепенно «сползают» в пассивные зоны панели, где их можно потом собрать.
Технология успешно прошла испытания на реальной морской воде из Тихого, Атлантического и Индийского океанов, а также на воде из Большого Солёного озера. Поверхность остаётся самоочищающейся и не теряет эффективности со временем.
Что делать с оставшимися солями
Обычные опреснительные установки сбрасывают концентрированный рассол обратно в море, что вредит морской экосистеме. Новая технология позволяет извлекать почти все соли в сухом виде. Это даёт сразу несколько преимуществ:
- можно получать обычную поваренную соль;
- появляется возможность извлекать ценные минералы, в том числе литий, необходимый для производства аккумуляторов электромобилей.
В отдельном исследовании команда показала, как с помощью наночастиц титаната водорода, внедрённых в канавки металла, можно selectively извлекать литий из оставшихся солей. Из солей Большого Солёного озера удалось получить около 50 % содержащегося в них лития.
«Добыча лития из земли требует больших энергозатрат и наносит вред окружающей среде. Извлечение лития прямо из солёной воды может стать важным направлением в будущем», — отметил профессор Чуньлэй Го (Chunlei Guo).
Почему это важно
По данным ООН, 2,2 миллиарда человек не имеют доступа к безопасной питьевой воде. Традиционные методы опреснения (обратный осмос и термическая дистилляция) энергоёмки, требуют предварительной и последующей обработки воды и производят вредный рассол.
Новая солнечная технология работает без химикатов, потребляет мало энергии (использует солнечный свет) и не создаёт экологически опасных отходов. При этом она может масштабироваться и одновременно решать проблему дефицита питьевой воды и обеспечивать более устойчивые цепочки поставок ценных минералов.
Работа опубликована в журналах Light: Science & Applications и Journal of Materials Chemistry A.
