Ученые говорят, что использование солнечного света для решения мирового кризиса чистой воды возможно

Менее 3 процентов воды в мире пресные, и из-за давления изменения климата, загрязнения и изменения структуры населения во многих районах этот и без того скудный ресурс становится все меньше.

Предоставлено: Институт будущих отраслей UniSA.

В настоящее время 1,42 миллиарда человек, в том числе 450 миллионов детей, живут в районах с высокой или чрезвычайно высокой уязвимостью к воде, и ожидается, что в ближайшие десятилетия эта цифра будет расти.

Исследователи из Future Industries Institute UniSA разработали многообещающий новый процесс, который может устранить нехватку воды для миллионов людей, в том числе тех, кто живет во многих наиболее уязвимых и неблагополучных сообществах планеты.

Команда под руководством доцента Хаолан Сюй усовершенствовала метод получения пресной воды из морской, солоноватой или загрязненной воды за счет высокоэффективного солнечного испарения, обеспечивая ежедневную доставку свежей питьевой воды для семьи из четырех человек всего с одного квадратного метра исходной воды. .

«В последние годы много внимания уделяется использованию солнечного испарения для создания пресной питьевой воды, но предыдущие методы были слишком неэффективными, чтобы быть практически полезными», — говорит доцент Сюй.

«Мы преодолели эту неэффективность, и теперь наша технология может поставлять достаточно пресной воды для удовлетворения многих практических потребностей за небольшую часть стоимости существующих технологий, таких как обратный осмос».

В основе системы лежит высокоэффективная фототермическая структура, которая находится на поверхности источника воды и преобразует солнечный свет в тепло, фокусируя энергию точно на поверхности для быстрого испарения самой верхней части жидкости.

В то время как другие исследователи изучали подобную технологию, предыдущие усилия были затруднены из-за потери энергии, когда тепло передавалось в исходную воду и рассеивалось в воздухе выше.

«Ранее многие экспериментальные фототермические испарители были в основном двухмерными; они были просто плоской поверхностью, и они могли терять от 10 до 20 процентов солнечной энергии в объемную воду и окружающую среду », — говорит д-р Сюй.

«Мы разработали метод, который не только предотвращает любые потери солнечной энергии, но и фактически потребляет дополнительную энергию из воды и окружающей среды, что означает, что система работает со 100-процентной эффективностью для солнечной энергии и потребляет еще 170 процентов энергии из вода и окружающая среда ».

В отличие от двумерных структур, используемых другими исследователями, доцент Сюй и его команда разработали трехмерный испаритель в форме ребра, похожий на радиатор.

Их конструкция отводит избыточное тепло от верхних поверхностей испарителя (т. Е. Поверхности солнечного испарения), распределяя тепло по поверхности ребер для испарения воды, таким образом охлаждая верхнюю поверхность испарения и обеспечивая нулевые потери энергии во время испарения солнечной энергии.

Этот метод радиатора означает, что все поверхности испарителя остаются при более низкой температуре, чем окружающая вода и воздух, поэтому дополнительная энергия перетекает из внешней среды с более высокой энергией в испаритель с более низкой энергией.

«Мы первые в мире исследователи, которые извлекают энергию из объема воды во время солнечного испарения и используют ее для испарения, и это помогло нашему процессу стать достаточно эффективным, чтобы доставлять от 10 до 20 литров пресной воды на квадратный метр в день. ”

Помимо эффективности, практичность системы повышается за счет того, что она полностью построена из простых, повседневных материалов, которые дешевы, экологичны и легко доступны.

«Одна из основных целей нашего исследования заключалась в обеспечении практического применения, поэтому материалы, которые мы использовали, были просто закуплены в хозяйственном магазине или супермаркете», — говорит доцент Сюй.

«Единственным исключением являются фототермические материалы, но даже там мы используем очень простой и экономичный процесс, и реальные успехи, которых мы добились, связаны с дизайном системы и оптимизацией энергетической взаимосвязи, а не с материалами».

Система не только проста в сборке и развертывании, но и очень проста в обслуживании, поскольку конструкция фототермической структуры предотвращает накопление соли и других загрязняющих веществ на поверхности испарителя.

В совокупности низкая стоимость и простота обслуживания означают, что система, разработанная доцентом Сюй и его командой, может быть развернута в ситуациях, когда другие системы опреснения и очистки были бы финансово и функционально нежизнеспособными.

«Например, в отдаленных общинах с небольшим населением стоимость инфраструктуры таких систем, как обратный осмос, просто слишком велика, чтобы ее можно было когда-либо оправдать, но наша технология могла бы обеспечить очень дешевую альтернативу, которую можно было бы легко настроить и в основном бесплатно использовать, — говорит доцент Сюй.

«Кроме того, поскольку он настолько прост и практически не требует обслуживания, для его работы не требуется технических знаний, а затраты на обслуживание минимальны.

«Эта технология действительно может обеспечить долгосрочное решение проблемы чистой воды для людей и сообществ, которые не могут позволить себе другие варианты, и именно здесь такие решения наиболее необходимы».

Доцент Сюй говорит, что помимо применения в питьевой воде, его команда в настоящее время изучает ряд других применений этой технологии, включая очистку сточных вод при промышленных операциях.

«Есть много потенциальных способов адаптировать одну и ту же технологию, поэтому мы действительно находимся в начале очень увлекательного пути», — говорит он.