Китайские исследователи представили перспективную технологию солнечного опреснения морской воды, которая способна значительно снизить стоимость получения пресной воды. По расчётам разработчиков, после масштабирования и промышленного внедрения себестоимость такой воды может оказаться ниже, чем производство обычной бутилированной.

Главной особенностью новой разработки стал инновационный фототермический материал, который эффективно преобразует солнечный свет в тепло и практически не требует внешних источников энергии. Помимо высокой производительности, система продемонстрировала хорошую долговечность и уже успешно прошла первые практические испытания.

В основе — новый фототермический материал

Исследование выполнили специалисты Института инженерии процессов Китайской академии наук совместно с Шэньчжэньским университетом.

Основной задачей учёных было повысить эффективность естественного испарения морской воды при помощи солнечной энергии. Для этого они создали совершенно новую трёхмерную структуру фототермического материала.

Её основой стали полимерные цепи полиэтилентерефталата, соединяющие между собой полые многослойные наноструктуры. Благодаря такой пространственной конструкции частицы не слипаются между собой, а сам материал сохраняет прочность даже при длительной эксплуатации.

Почему это важно

Большинство современных установок для опреснения использует технологию обратного осмоса.

Она позволяет получать качественную питьевую воду, однако требует мощных насосов, высокого давления и значительных затрат электроэнергии. Именно энергопотребление остаётся одной из главных причин высокой стоимости опреснения.

Предлагаемая китайскими учёными технология работает иначе. Вместо сложных мембран вода испаряется естественным образом под воздействием солнечного тепла, после чего образовавшийся пар конденсируется уже без растворённых солей.

За счёт этого энергозатраты значительно сокращаются.

Высокая эффективность солнечного испарения

По данным исследователей, новый материал способен поглощать 90,2% солнечного излучения, превращая его в тепловую энергию.

Такая эффективность позволяет снизить количество энергии, необходимой для испарения воды, почти на 46% по сравнению с существующими решениями.

При этом установка относится к системам солнечного фототермического опреснения с активной конденсацией: образующийся водяной пар направляется в отдельный конденсатор при помощи вентиляции, где превращается в чистую пресную воду.

Производительность оказалась рекордной

Во время испытаний система продемонстрировала очень высокие показатели.

Скорость испарения достигла 38,14 кг воды на квадратный метр в час, что примерно в 8,5 раза превышает результаты большинства существующих двумерных мембранных систем.

Опытный образец площадью 0,75 квадратного метра, работающий исключительно от естественного солнечного света, смог производить около 20 литров пресной воды в сутки.

Согласно опубликованным данным, полученная вода соответствовала требованиям Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) к питьевой воде.

Проверили даже в сельском хозяйстве

Разработчики испытали технологию не только в лаборатории.

Материал подвергался ускоренному старению в морской воде на протяжении 30 дней при постоянном перемешивании. За это время признаков разрушения конструкции или отслаивания наночастиц обнаружено не было.

Полученную пресную воду использовали для полива экспериментального участка площадью 5 квадратных метров, где успешно вырастили шпинат, кукурузу и пекинскую капусту. Это подтвердило возможность применения технологии не только для питьевого водоснабжения, но и для сельского хозяйства.

Когда технология сможет окупиться

По предварительным расчётам исследователей, промышленная установка способна полностью окупить затраты примерно за два года эксплуатации.

После этого стоимость производства пресной воды окажется ниже затрат на выпуск традиционной бутилированной воды, что делает разработку особенно интересной для регионов, испытывающих дефицит пресной воды.

Если технология подтвердит свою эффективность при масштабировании, она может стать одним из наиболее перспективных решений для обеспечения питьевой водой прибрежных территорий, островных государств и засушливых регионов, где доступ к пресной воде остаётся одной из главных мировых проблем.