Miliardy ludzi na całym świecie wciąż nie mają stałego dostępu do bezpiecznej wody pitnej. Według Organizacji Narodów Zjednoczonych około 2,2 miliarda osób nie korzysta z odpowiednio zarządzanych usług dostarczania wody pitnej. Aby zaspokoić rosnące zapotrzebowanie, wiele regionów świata, w tym Kalifornia i część Bliskiego Wschodu, polega na zakładach odsalania, które przekształcają wodę morską w słodką.
Jednak tradycyjne metody odsalania, takie jak odwrócona osmoza czy destylacja termiczna, mają istotne wady. Zużywają duże ilości energii, często wymagają stosowania środków chemicznych przed i po procesie oczyszczania, a także generują silnie skoncentrowaną solankę – informuje ScitechDaily. Kiedy ten słony produkt uboczny trafia z powrotem do oceanu, może szkodzić ekosystemom morskim poprzez zwiększanie zasolenia i obniżanie poziomu tlenu w otaczającej wodzie.
Czytaj więcej
Naukowcy opracowali nową metodę wydobycia litu z podziemnych solanek. Technologia może przyspieszyć produkcję baterii do aut elektrycznych i ograni...
Naukowcy z Uniwersytetu w Rochester opracowali nowe rozwiązanie, które może wyeliminować wiele z tych problemów. Ich zasilany energią słoneczną system odsalania skutecznie produkuje wodę słodką, nie wytwarza płynnych odpadów w postaci solanki i nie wymaga stosowania dodatków chemicznych do wstępnego przygotowania wody.
Nowa technologia odsalania wody morskiej z wykorzystaniem metalu obrabianego laserowo
System wykorzystuje specjalne panele słoneczne wykonane z czarnego metalu, którego powierzchnię ukształtowano za pomocą ultraszybkich laserów femtosekundowych. Dzięki temu materiał zyskuje dwie kluczowe właściwości: bardzo skutecznie pochłania światło słoneczne i wyjątkowo silnie przyciąga wodę, co określa się mianem superzwilżalności kapilarnej (superwicking).
Czytaj więcej
Erin Brockovich, słynna amerykańska aktywistka, znana z głośnego filmu, w którym w jej postać wcieliła się Julia Roberts, wzięła na celownik centra...
Aktywna strefa panelu, poddana obróbce laserowej, rozprowadza cienką warstwę wody morskiej po swojej powierzchni. Materiał pochłania niemal całą docierającą energię słoneczną, podgrzewa wodę i powoduje jej odparowanie. W trakcie destylacji rozpuszczone sole i minerały są odprowadzane poza aktywny obszar i osadzają się w nieprzetworzonych częściach panelu, określanych jako strefa pasywna.
Dzięki kierowaniu soli poza obszar odparowywania system zapobiega ich gromadzeniu się w miejscu produkcji wody słodkiej, co mogłoby zakłócać ciągłość procesu.
Efekt pierścienia kawowego pomaga w odsalaniu i zapobiega zatykaniu urządzeń
Chunlei Guo, profesor optyki i fizyki oraz starszy naukowiec w Laboratorium Energetyki Laserowej Uniwersytetu w Rochester, podkreśla, że wiele technologii odsalania wykorzystujących energię słoneczną osiągało obiecujące wyniki w laboratoriach, gdzie stosowano uproszczoną wodę morską składającą się jedynie z wody i chlorku sodu.
W takich warunkach chlorek sodu tworzy podczas odparowywania porowate kryształy przypominające ziarna. Woda może nadal przez nie przepływać, rozpuszczając sól, a same panele stosunkowo łatwo utrzymać w czystości.
Czytaj więcej
Naukowcy twierdzą, że odkryli potencjalne źródło zielonej i niewyczerpanej energii. Mogą też ustalić, jak naprawdę powstało życie na Ziemi.
Prawdziwa woda morska jest jednak znacznie bardziej złożona. Oprócz chlorku sodu zawiera szeroką gamę rozpuszczonych minerałów. Związki magnezu i wapnia często krystalizują w postaci twardych osadów przypominających skorupę, które blokują przepływ wody. Z czasem mogą one całkowicie zatkać powierzchnie odsalające i uniemożliwić dalszą pracę urządzenia. To samo zjawisko obserwujemy na co dzień, gdy kamień osadza się w słuchawce prysznicowej lub wewnątrz czajnika. Woda morska zawiera jednak znacznie większe stężenia rozpuszczonych soli.
Aby rozwiązać ten problem, zespół z Rochester zaprojektował na powierzchni czarnego metalu mikroskopijne rowki. Ich układ sprawia, że sole i minerały przemieszczają się poza kluczowe obszary robocze, zamiast gromadzić się w nich.
Czytaj więcej
Start-up Nanoseen najpierw opracował nowatorskie rozwiązanie pozwalające zamienić brudną wodę morską w czystą wodę pitną, a teraz stworzył preparat...
Badacze wykorzystali również znane zjawisko fizyczne określane jako efekt pierścienia kawowego. – Jeśli rozleje się kawę na powierzchni, woda ostatecznie odparuje, a na zewnętrznej krawędzi pozostanie pierścień skoncentrowanych cząstek kawy – wyjaśnia Guo. – My wykorzystujemy tę samą zasadę do przemieszczania soli do strefy pasywnej – dodał.
Podczas testów z wykorzystaniem wody morskiej pobranej z Oceanu Spokojnego, Atlantyckiego i Indyjskiego system nieprzerwanie produkował wodę słodką, automatycznie kierując sole do strefy pasywnej. To samoczyszczące działanie pozwalało utrzymać wysoką wydajność i jednocześnie umożliwiało późniejsze odzyskiwanie soli bez spadku efektywności procesu – informuje ScitechDaily.
Odsalanie wody morskiej pozwala odzyskiwać lit i inne cenne surowce
Jedną z największych zalet tej technologii jest brak płynnej solanki jako odpadu. Zamiast tego niemal wszystkie rozpuszczone sole są odzyskiwane w postaci stałej. Materiały te mogą potencjalnie służyć jako źródło soli spożywczej lub surowiec do pozyskiwania bardziej wartościowych pierwiastków.
Czytaj więcej
Do zasilania nowoczesnej infrastruktury elektronicznej dzisiaj potrzebny jest nie tylko prąd, ale również internet. Niezbędne potężne moce obliczen...
Jednym z najbardziej obiecujących jest lit – kluczowy składnik akumulatorów litowo-jonowych wykorzystywanych w samochodach elektrycznych i wielu urządzeniach elektronicznych. Naukowcy wykazali, że te same superzwilżalne panele słoneczne mogą pomagać w oddzielaniu litu od innych soli podczas procesu odsalania. Badacze umieścili nanocząstki tytanianu wodoru w mikroskopijnych rowkach czarnej metalowej powierzchni. Cząstki te selektywnie wychwytują lit, pozostawiając pozostałe sole.
Wykorzystując próbki wody z Wielkiego Jeziora Słonego w stanie Utah, badaczom udało się odzyskać około 50 proc. litu obecnego w mieszaninie soli pozostałej po procesie odsalania – informuje ScitechDaily.
Nowa metoda odsalania może pomóc rozwiązać problem niedoboru wody
Choć technologia została dotychczas zaprezentowana jedynie w niewielkich urządzeniach demonstracyjnych, Guo uważa, że można ją skalować do znacznie większych zastosowań.
Jeśli uda się ją wdrożyć na dużą skalę, rozwiązanie to może zwiększyć dostęp do wody pitnej dla ludzi na całym świecie, a jednocześnie stworzyć bardziej zrównoważone źródło pozyskiwania ważnych surowców, takich jak lit.
