«Вода, вода повсюду, и ни капли для питья». Вы, вероятно, слышали вариацию этой строки из поэмы 1798 года «Сказание о старом мореходе», в которой сетуется на то, что, несмотря на её изобилие, морская вода не может быть использована.
Отсутствие доступа к чистой питьевой воде является глобальной проблемой, однако недорогое портативное устройство для опреснения воды , работающее на солнечной энергии , разработанное исследователями из Университета Далхаузи, может помочь в борьбе с нехваткой воды в развивающихся странах или отдаленных районах.
Результаты испытаний плавучего солнечного опреснителя, способного как опреснять воду, так и вырабатывать термоэлектричество, были недавно опубликованы в журнале iScience .
Есть много факторов, которые делают устройство команды Даля уникальным, но ключевым среди них является то, что его конструкция сосредоточена на гораздо более скромном компоненте, чем у конкурирующих устройств, изготовленных из драгоценных металлов. Секретный ингредиент: использованные шины.
Идея создания солнечного осветителя возникла в результате изучения огнеупорной плазмоники — области, направленной на разработку термически и химически стабильных наноматериалов, способных особым образом управлять светом в суровых условиях.
«Тугоплавкие плазмонные наноматериалы очень хорошо улавливают свет и преобразуют его в тепло», — говорит доктор Мита Дасог, доцент кафедры химии и заведующий кафедрой Killam Memorial Chair, чья исследовательская группа изучает потенциальные возможности применения этой технологии.
Доктор Дасог был ведущим автором статьи вместе с постдокторантом доктором Мэтью Марджесоном (Ph.D.’24) и бывшим членом студенческой лаборатории Марком Этвудом (BSc’23).
Будучи аспирантом, доктор Марджесон разработал концепцию и разработал прототип плавучего дистиллятора с целью преодоления проблем, с которыми сталкивались предыдущие конструкции, таких как минимизация тепловых потерь, предотвращение накопления соли и устойчивость к ветру, волнам и изменяющимся погодным условиям.
После помещения устройства в воду результаты можно увидеть практически мгновенно. Система капиллярного впитывания доставляет океанскую воду на пенную поверхность устройства, где она испаряется с помощью плазмонных материалов, нагреваемых солнцем. С оставшейся солью вода конденсируется на прозрачном пластиковом куполе над верхней частью устройства и стекает по сторонам, где она собирается в герметичном пакете.
Реальные испытания в гавани Галифакса показали ежедневный выход воды до 3,67 литров, рекордный объём для пассивного плавающего солнечного опреснителя. Опреснитель может одновременно опреснять, дезинфицировать и обеззараживать воду по цене менее одного цента за литр, что делает его невероятно экономичным.
«Максимальное использование солнечного света означает, что наш плазмонный солнечный дистиллятор может генерировать большие объёмы воды, сохраняя при этом простую конструкцию», — говорит доктор Марджесон. «Здорово продемонстрировать эффективность дистиллятора в реальном масштабе и доказать, что этот тип устройства имеет потенциал для доставки пресной воды в места, которые в ней отчаянно нуждаются».
Устройство также можно модифицировать для генерации небольшого количества термоэлектричества, которого, по мнению докторов Дасога и Марджесона, будет достаточно для работы бортовых датчиков качества воды.
Превращаем мусор в сокровище
Наиболее часто используемые плазмонные материалы — это драгоценные металлы, такие как золото и серебро, которые обладают высокой производительностью, но дороги. Для того, чтобы солнечный опреснитель широко использовался в развивающихся странах, его необходимо изготавливать из широко распространенных на Земле материалов, которые не повлияют на производительность.
«Мы не должны делать дорогое или очень сложное устройство», — говорит доктор Дасог. «Оно должно быть простым в изготовлении, служить долго и легко разбираться и перемещаться».
Процесс, известный как пиролиз, который включает нагревание углеродных отходов при высоких температурах без кислорода, производит пиролитический уголь, который может быть включен в плазмонные карбиды титана, эффективно заменяя дорогие драгоценные металлы. В плавающем опреснителе тонкий как бумага слой этого материала находится на поверхности пены устройства, защищая его от холодной океанской воды и помогая максимизировать локализацию тепла.
Были получены и протестированы различные типы углеродных отходов, включая кофейную гущу, панцири омаров и отходы березовой древесины, причём наилучшие показатели показала резина из покрышек, как подробно описано в другой недавней исследовательской работе.
Учитывая, что шины не поддаются биологическому разложению, разлагаются на свалках сотни лет и имеются в изобилии по всему миру, они представляют собой уникальную возможность для переработки.
«Это исследование идеально соответствует теме Месяца экономики замкнутого цикла, поскольку позволяет превратить использованные шины в важнейший компонент устройства для опреснения воды», — добавляет доктор Дашог.
Борьба с нехваткой воды
Следующим летом исследователи планируют провести дальнейшие испытания в Южной Азии, надеясь, что в конечном итоге устройство станет доступным по всему миру.
Доктор Дасог, который ранее в этом году был номинирован на премию «Молодой лидер» на саммите Water Canada, говорит, что из-за войны или изменения климата общины, вынужденные переезжать с места на место, испытывают трудности с доступом к ресурсам, поэтому портативное устройство, способное производить чистую питьевую воду из океана, может стать спасательным кругом.
«Вода — это необходимое условие выживания, поэтому мы надеемся помочь таким сообществам», — говорит доктор Дасог.
Мастер пера, обрабатывает новостную ленту.
