Ученые UniSA разработали экономически эффективную методику, которая может обеспечить безопасную питьевую воду миллионам нуждающимся людям, используя дешевые, экологически чистые материалы и солнечный свет.
Менее 3 % воды в мире является пресной, а в связи с изменением климата, загрязнением окружающей среды и изменением структуры населения во многих районах этот и без того скудный ресурс становится все более дефицитным. Эффективный метод солнечного опреснения воды В настоящее время 1,42 миллиарда человек, включая 450 миллионов детей, проживают в районах с высокой или чрезвычайно высокой уязвимостью к воздействию воды, и ожидается, что в ближайшие десятилетия эта цифра возрастет. Ученые Института индустрий будущего UniSA разработали многообещающий новый процесс, который может устранить дефицит воды для миллионов людей, в том числе для тех, кто живет во многих наиболее уязвимых и обездоленных общинах планеты.
Команда под руководством Хаолана Сюй усовершенствовала технологию получения пресной воды из морской воды, солоноватой воды или загрязненной воды путем высокоэффективного испарения на солнечной энергии, что позволяет ежедневно получать достаточное количество пресной питьевой воды для семьи из четырех человек всего лишь из одного квадратного метра исходной воды. "В последние годы, было много внимания к использованию солнечного испарения для создания пресной питьевой воды, но предыдущие методы были слишком неэффективными, чтобы быть практически полезными", говорит профессор Сюй. "Мы преодолели эти недостатки, и теперь наши технологии могут обеспечить достаточное количество пресной воды для удовлетворения многих практических потребностей за небольшую часть стоимости существующих технологий, таких как обратный осмос".
Сердцем системы является высокоэффективная фототермическая структура, которая располагается на поверхности источника воды и преобразует солнечный свет в тепло, точно фокусируя энергию на поверхности для быстрого испарения верхней части жидкости. В то время как другие исследователи изучали аналогичную технологию, предыдущие усилия были затруднены потерей энергии, при этом тепло передавалось в исходную воду и рассеивалось в воздухе над ней. "Раньше многие экспериментальные фототермические испарители были в основном двухмерными; они представляли собой всего лишь плоскую поверхность и могли терять от 10 до 20 % солнечной энергии, попадающей в объем воды и окружающую среду", - говорит доктор Сюй. "Мы разработали технологию, которая не только предотвращает любые потери солнечной энергии, но и фактически забирает дополнительную энергию из воды и окружающей среды, т.е. система работает со 100% эффективностью на входе солнечной энергии и забирает еще 170% энергии из воды и окружающей среды". В отличие от двухмерных структур, используемых другими исследователями, Сюй и его команда разработали трехмерный испаритель в форме плавников, похожий на радиатор. Их конструкция смещает избыточное тепло от поверхности испарителя (т.е. поверхности солнечного испарения), распределяя тепло на поверхность ребер для испарения воды, таким образом охлаждая верхнюю поверхность испарения и осуществляя нулевые потери энергии во время испарения солнечной энергии.
Этот метод теплоотвода означает, что все поверхности испарителя остаются при более низкой температуре, чем окружающая вода и воздух, поэтому дополнительная энергия поступает из высокоэнергетической внешней среды в низкоэнергетический испаритель. Помимо своей эффективности, практичность системы повышается за счет того, что она построена полностью из простых, бытовых материалов, которые являются недорогими, долговечными и легкодоступными. "Одной из основных целей наших исследований была поставка для практического применения, поэтому материалы, которые мы использовали, были просто взяты из хозяйственного магазина или супермаркета", - говорит Сюй. "Исключение составляют фототермические материалы, но даже там мы используем очень простой и рентабельный процесс, и реальные успехи, которые мы добились, связаны не с материалами, а с дизайном системы и оптимизацией энергетических связей".
Помимо того, что система проста в конструировании и развертывании, она также очень проста в обслуживании, так как конструкция фототермической структуры предотвращает образование солей и других загрязняющих веществ на поверхности испарителя. Вместе с тем, низкая стоимость и простота обслуживания означают, что система, может быть развернута в ситуациях, когда другие системы опреснения и очистки будут финансово и эксплуатационно нежизнеспособны. В дополнение к использованию питьевой воды, Сюй говорит, что его команда в настоящее время изучает ряд других применений этой технологии, включая очистку сточных вод в промышленных процессах. "Существует множество потенциальных способов адаптации одной и той же технологии, поэтому мы действительно находимся в начале очень увлекательного пути", - говорит он.
