Ученые нашли новый способ превращать морскую воду в пресную

Почему обычное опреснение создает проблему

Опреснение морской воды уже используется в регионах, испытывающих нехватку пресной воды. Однако существующие технологии имеют серьезные недостатки.

Один из наиболее распространенных методов — обратный осмос, при котором воду под давлением пропускают через специальные мембраны. Другой способ предполагает использование тепла для отделения пресной воды от соленой.

Такие системы требуют значительных затрат энергии, а после опреснения остается концентрированный солевой раствор — рассол.

При его сбросе обратно в море локально повышается соленость воды и может снижаться содержание кислорода, что способно создавать неблагоприятные условия для морских организмов.

Исследователи из Университета Рочестера в США предложили другой подход.

Работает от солнечного света

Новая система использует солнечную энергию для испарения морской воды.

Основой установки стали металлические панели, поверхность которых обрабатывается сверхкороткими лазерными импульсами. После такой обработки металл становится очень темным и способен эффективно поглощать солнечное излучение.

Одновременно поверхность приобретает свойства, благодаря которым вода быстро распространяется по ней тонким слоем.

Солнечный свет нагревает металл, вода испаряется, а содержащиеся в ней соли и минералы остаются на поверхности. Полученный водяной пар затем можно использовать для получения пресной воды.

Соль не забивает систему

Одна из главных сложностей солнечного опреснения заключается в накоплении соли.

Если кристаллы постепенно покрывают рабочую поверхность, они мешают поступлению воды и снижают эффективность установки. В конечном итоге система может перестать нормально работать.

Авторы новой технологии попытались решить эту проблему с помощью особой структуры поверхности.

Микроскопические каналы направляют соли и другие минералы от участка, где непосредственно испаряется вода, к краям панели. Там твердые вещества накапливаются и могут быть собраны.

Исследователи сравнивают этот процесс с так называемым эффектом кофейного кольца: когда капля кофе высыхает, частицы перемещаются к ее краям и образуют характерный темный ободок.

Этот же физический принцип ученые использовали для перемещения солей от основной рабочей зоны установки.

Испытали не на искусственной, а на настоящей морской воде

Это имеет особое значение, поскольку реальная морская вода значительно сложнее лабораторного раствора обычной поваренной соли.

Помимо хлорида натрия, в ней присутствуют соединения магния, кальция и множество других растворенных веществ. Некоторые из них способны образовывать плотные минеральные отложения, которые постепенно забивают системы опреснения.

Разработчики испытали свою технологию на настоящей морской воде, взятой из Тихого, Атлантического и Индийского океанов.

По данным исследователей, поверхность продолжала самостоятельно очищаться, а накопление минералов по краям панели не приводило к снижению эффективности опреснения.

Почти всю соль можно собрать

Еще одна особенность разработки заключается в том, что после удаления воды не остается большого объема концентрированного жидкого рассола.

Как сообщают ученые, система позволяет извлекать почти 100% растворенных солей в твердой форме.

Таким образом, вместо жидкости с чрезвычайно высокой концентрацией соли, которую необходимо утилизировать или сбрасывать обратно в море, остаются твердые минералы, пригодные для сбора.

Более того, исследователи рассматривают возможность извлекать из морской воды ценные элементы.

Из морской воды хотят добывать литий

Исследование опубликовано в научном журнале Light: Science & Applications.

Разработчики считают, что технология в перспективе способна одновременно решать две задачи — производить пресную воду и извлекать полезные минералы.

В частности, ученые изучают возможность получения лития, который широко используется при производстве аккумуляторов.

Ранее эта же исследовательская группа продемонстрировала возможность быстрого извлечения лития с помощью солнечно-теплового испарения.

В результате отходы опреснения теоретически могут превратиться из экологической проблемы в дополнительный источник сырья.

До массового применения еще далеко

Несмотря на результаты экспериментов, речь пока идет о научной разработке, а не о технологии, которая уже готова заменить крупные промышленные опреснительные установки.

Исследователям предстоит оценить стоимость масштабирования системы, ее долговечность, производительность в разных климатических условиях и эффективность при длительной эксплуатации.

Тем не менее разработка показывает возможность получать пресную воду из настоящей морской воды с помощью солнечной энергии, одновременно практически устраняя жидкие солевые отходы.