Китайские учёные представили солнечную систему опреснения морской воды, которая в перспективе может производить пресную воду дешевле бутилированной. Это станет возможным при масштабировании технологии, но основу для прорыва заложила уникальная разработка — новый фототермический материал, буквально сшитый полимерными нитями.
Работа выполнена Институтом инженерии процессов (Institute of Process Engineering) Китайской академии наук совместно с Шэньчжэньским университетом (Shenzhen University). Учёные решили проблему повышения эффективности испарения воды за счёт естественного нагрева солнечными лучами.
Традиционные материалы для опреснения морской воды, широко используемые в промышленных опреснителях, должны быть предельно мелкодисперсными, что ограничивает их практическое применение: они слёживаются, слипаются, а полимерная основа для удержания материала достаточно быстро разрушается. По этой причине большинство современных промышленных установок по опреснению воды использует обратный осмос — это позволяет получать качественную воду, но влечёт за собой большие энергозатраты на её подачу к мембранам.
Китайские учёные разработали опреснитель, практически не требующий затрат энергии, — на основе естественного испарения. Основой системы стал новый трёхмерный фототермический испаритель: он поглощает солнечное излучение и превращает его в тепло, за счёт чего морская вода испаряется, а затем конденсируется уже без солей. В материале полимерные цепи полиэтилентерефталата сшивают между собой полые многослойные наноструктуры, образуя устойчивую пространственную решётку без слипания наночастиц. По данным авторов, такая архитектура обеспечивает поглощение солнечного света на уровне 90,2 %, что снижает необходимую для испарения воды энергию на 45,7 %.
Конструктивно установка относится к системам солнечного фототермического опреснения с активной конденсацией (пар сдувается системой вентиляции в конденсатор). В опубликованных данных указана рекордная скорость испарения — 38,14 ± 0,57 кг/м2 в час. Это в 8,5 раза выше прежних показателей для двумерных мембранных систем. Демонстрационный модуль площадью 0,75 м2 под естественным солнечным светом выдавал 20,16 л пресной воды в сутки, а качество воды, по заявлению исследователей, соответствовало требованиям ВОЗ к питьевой воде.
Отдельно была испытана применимость установки для опреснения воды в сельском хозяйстве. Материал подвергли ускоренному старению в морской воде. После 30 дней непрерывного перемешивания в жидкой среде отслоения частиц не наблюдалось, а получаемая на прототипе вода использовалась для полива участка площадью 5 м2, где с нуля вырастили шпинат, кукурузу и пекинскую капусту.
Расчёты показывают, что промышленная установка окупится уже после двух лет эксплуатации, обеспечивая более дешёвое опреснение морской воды, чем производство бутилированной воды.