Миллионы людей страдают от нехватки питьевой воды. По этой причине ученые пытаются найти способы получать ее в больших количествах, но при этом недорого. Например, пробовали вытягивать влагу из пустынного воздуха или опреснять морскую с помощью солнечной энергии. Но у последней системы есть один существенный недостаток — накопление солей и прочих примесей. Они склонны забивать мембраны или другие поверхности устройств, что приводит к необходимости регулярной очистки или частой замене деталей. Наиболее уязвимы — влагоотводящие материалы.
В своем новом проекте ученые из Массачусетского технологического института и Шанхайского университета Цзяотун решили разработать опреснительное устройство без подающего воду фитиля, работающее за счет солнечного тепла. Это исключает сложные поломки и делают простую систему доступной: ее цена около 4 долл. Устройство площадью сбора всего 1 м2 способно обеспечить ценной влагой целую семью. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
Простая опреснительная система должна плавать на поверхности соленой воды. Она состоит из нескольких слоев. Сначала материал с перфорацией 2,5 мм втягивает воду из нижнего резервуара, образуя сверху тонкий слой воды. Темный материал на верхушке поглощает тепло солнечного света, нагревая этот слой воды до тех пор, пока она не начнет испаряться. Затем влагу можно сконденсировать на наклонной поверхности для дальнейшего сбора. Соль же остается в оставшейся воде. И здесь раскрывается главная идея исследователей. Отверстия в перфорированном материале такого размера, чтобы обеспечить естественную конвективную циркуляцию. То есть, более теплая и плотная за счет соли вода сверху материала втягивается обратно в более холодный водоем, находящийся снизу. Затем к материалу поднимается новая порция морской воды и процесс повторяется.
В тестовых устройствах такой метод обеспечил 80% эффективность преобразования солнечной энергии в водяной пар, даже если исходная вода имела концентрацию соли до 20% по весу. В устройстве не было кристаллов соли даже спустя неделю использования.
Если доработать конструкцию для опреснения, то система могла бы доставлять питьевую воду в отдаленные районы, а также использоваться для оказания помощи при стихийных бедствиях.