Микроканалы, удаляющие соль, помогают сделать морскую воду пригодной для питья, используя энергию солнца

Устройство для солнечной дистилляции может очищать рассол с установок обратного осмоса с более чем 10-процентной соленостью, а также воду, взятую непосредственно из Красного моря. Технология обеспечивает удвоение производительности пресной воды по сравнению с существующими солнечными перегонными кубами для удаления соли.

Вдохновленный плавающим солнечным натюрмортом из фильма "Жизнь Пи", профессор KAUST Цяоцян Ган разработал несколько наноматериалов и процессов термоизоляции для улучшения испарения солоноватой воды в чистый пар. В 2016 году он запустил стартап Sunny Clean Water, который производит недорогие надувные перегонные кубы, способные вырабатывать 10-20 литров пресной воды в день.

В 2021 году Ган присоединился к KAUST и объединился с коллегой, профессором KAUST Ю Ханом и исследователем Кайдзи Янгом, чтобы повысить эффективность удаления солей - стратегии, в которой используются такие методы, как гидрофобные поверхности или конвекция жидкости для ограничения накопления минералов.

Новый испаритель команды представляет собой пластиковый куб сантиметрового размера, содержащий несколько мембран из стекловолокна - тонких материалов, обычно используемых для фильтрации. Горизонтально выровненная мембрана, покрытая углеродными нанотрубками, действует как светопоглощающий слой на верхней поверхности куба. Под ним ряд вертикально ориентированных мембран, или "мостиков массообмена", отделяют солнечный поглотитель от основной массы соленой воды.

Однако, когда дело доходит до очистки морской воды, Ган признает, что даже у его устройств есть пределы. "Со временем вы всегда будете видеть накопление соли на материале, поглощающем солнечные лучи, — накопленная соль отражает солнечный свет и ухудшает характеристики фотокамеры", - говорит он.Янг, который задумал дизайн, объясняет, что мосты содержат гидрофильные микроканалы, которые впитывают морскую воду в верхний солнечный слой для перегонки в пар. И когда накопление соли достигает порогового значения, те же микроканалы транспортируют рассол обратно в морскую воду из-за капиллярного действия градиентов концентрации.

Приподнятые перемычки позволяют проводящему теплу, возникающему при обратном потоке соли, поступать в солнечную камеру, повышая эффективность испарения. "Другие испарители могут обеспечить хорошее удаление соли, но при коротком процессе обратного потока происходит большая потеря тепловой энергии, и это влияет на скорость образования воды", - говорит Янг.

"Преимущество нашей системы в том, что она может регулировать баланс между удалением соли и образованием воды".

Испытания как в закрытых лабораториях, так и на открытых полевых станциях показали, что солнечная батарея по-прежнему может ежедневно удовлетворять потребности в питьевой воде двух человек при предполагаемых затратах на сырье в размере 50 долларов США за квадратный метр.

"Мы можем масштабироваться до более крупной архитектуры, собирая кубы вместе", - говорит Хан. "Поскольку это устройство обеспечивает длительную работу без какого-либо технического обслуживания, мы готовимся к коммерциализации".

Статья опубликована в журнале Nature Communications.