Nowa technologia odsalania wody – 20 litrów czystej wody dziennie – Chińscy naukowcy opracowali tani system zasilany wyłącznie energią słoneczną

Dostęp do czystej wody pitnej staje się jednym z największych wyzwań współczesnego świata. Rosnąca liczba ludności, zmiany klimatyczne oraz coraz częstsze susze sprawiają, że naukowcy intensywnie poszukują nowych metod pozyskiwania słodkiej wody. Zespół badaczy z Chin zaprezentował rozwiązanie, które może znacząco obniżyć koszty odsalania wody morskiej, a przy tym nie wymaga zasilania energią elektryczną.

Odsalanie wyłącznie dzięki energii słonecznej

Nowa technologia wykorzystuje wyłącznie energię promieniowania słonecznego. Kluczowym elementem urządzenia jest specjalnie zaprojektowany materiał fototermiczny, który bardzo skutecznie pochłania światło słoneczne i zamienia je w ciepło. Dzięki temu energia jest koncentrowana bezpośrednio na powierzchni wody, gdzie zachodzi intensywne parowanie.

Podczas procesu sól, metale ciężkie, bakterie oraz inne zanieczyszczenia pozostają w zbiorniku, natomiast powstająca para wodna jest skraplana do postaci czystej wody pitnej. Rozwiązanie nie wymaga stosowania pomp, filtrów ciśnieniowych ani dodatkowego źródła energii.

Niskie koszty produkcji wody

Jednym z najbardziej imponujących rezultatów badań jest koszt działania systemu. Według szacunków naukowców wyprodukowanie około 1000 litrów wody pitnej może kosztować zaledwie około 23 centów. Osiągnięcie tak niskiego kosztu jest możliwe dzięki wykorzystaniu darmowej energii słonecznej oraz prostej konstrukcji urządzenia.

W testach laboratoryjnych oraz terenowych prototyp osiągnął wydajność około 20 litrów czystej wody dziennie. Taka ilość wystarcza do zaspokojenia podstawowych potrzeb nawet kilkuosobowej rodziny.

Zastosowanie w miejscach bez dostępu do infrastruktury

Brak konieczności korzystania z energii elektrycznej sprawia, że urządzenie może znaleźć zastosowanie w regionach szczególnie narażonych na niedobory wody. Technologia może być wykorzystywana między innymi:

• na terenach dotkniętych suszą,
• na wyspach i terenach nadmorskich,
• w odległych miejscowościach bez dostępu do sieci energetycznej,
• podczas katastrof naturalnych i misji humanitarnych.

Autorzy projektu podkreślają, że opracowana konstrukcja została zaprojektowana z myślą o łatwej produkcji i możliwości skalowania. Oznacza to, że w przyszłości podobne systemy mogłyby pracować zarówno jako niewielkie urządzenia dla gospodarstw domowych, jak i większe instalacje dostarczające wodę całym społecznościom.

Technologia z dużym potencjałem

Choć rozwiązanie nadal znajduje się na etapie badań i dalszych testów, wyniki są bardzo obiecujące. Jeżeli kolejne eksperymenty potwierdzą trwałość oraz wysoką wydajność systemu, technologia może stać się jedną z najtańszych metod pozyskiwania wody pitnej z wody morskiej przy wykorzystaniu wyłącznie energii odnawialnej.

Źródła

• https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135426000126?via%3Dihub

Zdjęcie projektu

Poniżej znajduje się opis rysunku oraz tłumaczenie wszystkich widocznych zwrotów.

Opis rysunku

Rysunek przedstawia mechanizm przyspieszonego pozyskiwania wody z atmosfery (Atmospheric Water Harvesting – AWH) poprzez odpowiednie sterowanie orientacją cząsteczek wody za pomocą powierzchni o zróżnicowanym ładunku elektrycznym.

Schemat został podzielony na trzy części:

• Lewa strona – powierzchnia posiada wyłącznie ujemny ładunek elektryczny. Cząsteczki wody znajdujące się w pobliżu powierzchni ustawiają się w niekorzystnej orientacji, co utrudnia ich dalsze przemieszczanie się i adsorpcję.
• Środkowa część – zastosowano naprzemienne dodatnie i ujemne obszary ładunku. Powodują one wymuszoną zmianę orientacji cząsteczek wody podczas zbliżania się do powierzchni. Dzięki temu odległość między cząsteczkami a materiałem zmniejsza się z około 17 Å do 10 Å, co zwiększa siłę oddziaływania i ułatwia wychwytywanie pary wodnej z powietrza.
• Prawa strona – powierzchnia posiada wyłącznie dodatni ładunek, przez co ponownie dochodzi do niekorzystnego ustawienia cząsteczek i mniejszej efektywności procesu.

Głównym wnioskiem przedstawionym na ilustracji jest to, że odpowiednio zaprojektowany rozkład ładunków elektrycznych na powierzchni materiału pozwala zwiększyć szybkość pozyskiwania wody z atmosfery, ponieważ wymusza korzystną orientację dipoli cząsteczek wody.

Tłumaczenie napisów

Co oznaczają wartości 17 Å i 10 Å?

• 17 Å (ångströmów) – większa odległość pomiędzy cząsteczką wody a powierzchnią materiału, co oznacza słabsze oddziaływanie.
• 10 Å – mniejsza odległość uzyskana dzięki odpowiedniemu rozmieszczeniu dodatnich i ujemnych ładunków. W tej sytuacji cząsteczki są silniej przyciągane do powierzchni, co zwiększa skuteczność kondensacji i wychwytywania wilgoci z powietrza.

1 Å (ångström) = 0,1 nanometra = 10⁻¹⁰ metra.

Schemat pokazuje więc, że kontrolowanie orientacji dipoli cząsteczek wody za pomocą naprzemiennie rozmieszczonych ładunków dodatnich i ujemnych umożliwia skuteczniejsze wychwytywanie wilgoci z atmosfery, co przekłada się na większą wydajność technologii pozyskiwania wody.