В Китае достигнут новый прорыв в области солнечной энергетики, который повысил эффективность опреснения воды с использованием солнечного света. Это достижение может привести к тому, что производство питьевой воды из морской воды станет дешевле, чем бутилированная вода.
В условиях глобального дефицита пресной воды очистка и повторное использование воды стали крайне важными, однако технологии, лежащие в их основе, по-прежнему в значительной степени зависят от ископаемого топлива, что делает их нецелесообразными для суровых регионов.
Хотя солнечно-термическое испарение является перспективным методом очистки воды в таких районах, его применение ограничено неэффективностью и производственными ограничениями.
Теперь ученые из Китайской академии наук разработали новую трехмерную (3D) структуру, которая значительно повышает эффективность этой технологии преобразования морской воды в питьевую.
Данная структура содержит плотно связанные полимерные цепи с полыми оболочками, что обеспечивает рекордно высокую скорость испарения, в 8,5 раз превышающую ранее зарегистрированные показатели для этой технологии.
По словам ученых, эта уникальная структура максимально увеличивает поглощение солнечного света и снижает энергопотребление на испарение почти на 50 процентов.
«Эта структура демонстрирует 90,2-процентное широкополосное поглощение солнечного излучения и снижает энергопотребление на испарение на 45,7 процента», — написали ученые в исследовании, опубликованном в журнале Advanced Materials .
Испытания также показали, что используемые материалы обладают хорошей прочностью и надежностью при длительной эксплуатации.
«Превосходное фототермическое преобразование и способность к переносу воды обеспечивают столь выдающиеся показатели испарения», — сказал Ван Дан, один из авторов исследования.
Затем исследователи создали из этого материала реальное устройство для опреснения воды на открытом воздухе.
При естественном солнечном свете система производила 20 литров (5,33 галлона) пресной воды в день, качество которой соответствовало стандартам питьевой воды Всемирной организации здравоохранения.
Ученые отметили, что эта небольшая установка, занимающая всего около 0,75 кв. м, может производить достаточно воды для удовлетворения основных ежедневных потребностей в питьевой воде примерно 10 человек.
Опресненная вода, полученная с помощью этого устройства, также успешно использовалась для орошения небольшого поля.
«Полученная вода успешно поддерживала полный цикл роста различных культур на демонстрационном участке площадью пять квадратных метров с меньшими затратами», — написали ученые.
Вода, полученная с помощью этой установки, позволила обеспечить полный цикл роста шпината, кукурузы и китайской капусты, что указывает на возможность использования данной технологии для поддержки сельскохозяйственного орошения в регионах с дефицитом воды.
По оценкам исследователей, после двух лет эксплуатации стоимость воды, произведенной с помощью этой технологии, будет ниже, чем стоимость бутилированной воды, продаваемой в магазинах.
Они надеются, что новый материал сможет предложить практическое решение для устойчивого производства пресной воды в регионах, сталкивающихся с нехваткой воды.