Potrzeba znalezienia bardziej wydajnych metod dostępu do słodkiej wody stała się istotna w kontekście, w którym miliony ludzi żyją z ograniczeniami w dostawach. Obecnie ponad 300 milionów mieszkańców na całym świecie jest uzależnionych od jakiejś technologii odsalania wody morskiej, aby zaspokoić swoje podstawowe potrzeby.
Jednak większość tych procesów wymaga dużej ilości energii, skomplikowanych instalacji technicznych i zasobów ekonomicznych. Środowisko naukowe skoncentrowało część swoich wysiłków na opracowaniu mechanizmów zmniejszających tę zależność. Dzięki temu mamy dziś do czynienia z całkowicie nowym rozwiązaniem, którego zastosowanie nie wymaga dużych nakładów.
Jaki materiał odsalza wodę morską bez zużycia energii?
Naukowcy z Politechniki w Hongkongu opracowali nowy rodzaj aerogelu, który odsalza wodę morską bez zużycia energii. Praca została opublikowana w czasopiśmie ACS Energy Letters, specjalizującym się w zrównoważonych rozwiązaniach energetycznych.
Kluczowym elementem tego systemu jest sztywny materiał o porowatej strukturze, wyprodukowany techniką druku 3D warstwa po warstwie na zamrożonej podstawie. Składa się z nanorurek węglowych i nanowłókien celulozowych, materiałów umożliwiających tworzenie niewielkich pionowych kanałów o średnicy zaledwie 20 mikrometrów.
Kanały te sprzyjają parowaniu wody morskiej poprzezskupianie energii słonecznej bezpośrednio wewnątrz materiału. W przeprowadzonych testach aerożel umieszczono w pojemniku z wodą morską, przykrytym przezroczystą plastikową pokrywką.
Promieniowanie słoneczne ogrzało strukturę, powodując odparowanie cieczy. Sól pozostała na dnie pojemnika, a para skropliła się na pokrywie i została zebrana w postaci kropel za pomocą lejka.
Po sześciu godzinach bezpośredniej ekspozycji na słońcesystem uzyskał około trzech łyżek słodkiej wody. Chociaż objętość jest niewielka, eksperyment wykazał, że wydajność nie zależy od wielkości materiału, co pozwala na jego rozszerzenie do bardziej intensywnego użytkowania bez utraty skuteczności.
Niski koszt, skalowalność i przydatność na obszarach wiejskich: zalety tego odkrycia
System został zaprojektowany w oparciu o proste podejście. Do jego działania potrzebne są tylko trzy elementy:
- Aerożel wydrukowany w technologii 3D.
- Plastikowy pojemnik.
- Bezpośrednie światło słoneczne.
Nie są wymagane podłączenia do sieci elektrycznej, komponenty elektroniczne ani specjalistyczna konserwacja. Dzięki temu jest to realna opcja dla obszarów przybrzeżnych, społeczności wiejskich lub środowisk o ograniczonej infrastrukturze. Stanowi również użyteczną alternatywę w sytuacjach awaryjnych lub pomocy humanitarnej.
Oprócz łatwości użytkowania, jego produkcja jest ekonomiczna. Nie są potrzebne trudno dostępne materiały ani maszyny przemysłowe. Cały proces opiera się na podstawowych komponentach i dostępnych technologiach.
Główny badacz, Xi Shen, powiedział: „Nasz aerożel umożliwia maksymalną wydajność odsalania na dowolną skalę, oferując proste i skalowalne rozwiązanie do produkcji czystej wody bez zużycia energii”.
Jak tradycyjnie i obecnie odsalana jest woda morska?
W przeciwieństwie do tego pasywnego systemu, konwencjonalne zakłady odsalania wody stosują metody takie jak odwrócona osmoza. Technika ta, choć wydajna, zużywa duże ilości energii i wymaga wykwalifikowanego personelu technicznego.
Na przykład w Hongkongu uruchomiono kompleks przetwarzający 340 milionów litrów wody morskiej dziennie, z czego 135 milionów jest przekształcanych w wodę słodką.
Zakład wykorzystuje panele słoneczne, aby zmniejszyć zużycie energii z sieci elektrycznej o 16,2%. Wdrożono również systemy zbierania wody deszczowej i urządzenia oszczędzające, które pozwalają zmniejszyć zużycie świeżej wody o 53%. Pomimo tych wysiłków wpływ na środowisko i gospodarkę pozostaje znaczny.
Natomiast system oparty na aerożelu nie generuje toksycznych odpadów ani nie wymaga ciężkiej infrastruktury. Jego wydajność można dostosować do lokalnych warunków bez utraty skuteczności, co czyni go realną alternatywą dla małych osad.
Perspektywy globalnego wdrożenia tego odkrycia z Hongkongu
Potencjał tego materiału nie ogranicza się do pojedynczych zastosowań. Jego skalowalność i prostota pozwalają myśleć o większych konstrukcjach do użytku wspólnotowego. Fakt, że jego wydajność nie zależy od konkretnych rozmiarów, ułatwia jego modułową konstrukcję, którą można dostosować do różnych potrzeb i kontekstów.
Ponadto nie jest on uzależniony od zmian klimatycznych, które mają wpływ na inne źródła wody. Dopóki jest światło słoneczne, proces może przebiegać w sposób ciągły i nieprzerwany.
W ten sposób system nie tylko odsalania wodę morską, ale także robi to całkowicie niezależnie od źródeł energii.