Новая система солнечного опреснения для отдаленных районов

В связи с повышением летних температур угроза нехватки воды становится все более серьезной. В качестве возможного решения для повышения доступности чистой питьевой воды исследователи из Индийского института науки (IISc) разработали новую систему термического опреснения, которая может работать с использованием солнечной энергии.

Наиболее распространенными методами опреснения воды являются мембранный обратный осмос и термическое опреснение. Однако оба потребляют много энергии.

Системы термического опреснения работают, нагревая соленую воду и затем конденсируя полученный пар для получения пресной воды. Но энергия, необходимая для испарения, обычно получается либо за счет электричества, либо за счет сжигания ископаемого топлива.

Экологически чистой альтернативой являются солнечные дистилляторы, в которых солнечная энергия используется для испарения соленой воды в больших резервуарах, а пар, конденсирующийся на прозрачной крыше, собирается. Однако во время конденсации на крыше образуется тонкий слой воды, что снижает количество солнечной энергии, которая может проникнуть в резервуар, и, следовательно, эффективность системы.

В качестве альтернативы таким солнечным дистилляторам команда IISc разработала новую конструкцию опреснительной установки на солнечной энергии, которая является более энергоэффективной, экономичной и портативной, что делает ее удобной для установки в районах с ограниченным доступом к непрерывному электричеству, — объясняет Сусмита Дэш, доцент кафедры машиностроения и автор исследования, опубликованного в журнале Desalination.

Установка, разработанная Дэш и ее аспиранткой Набаджит Дека, включает в себя резервуар с соленой водой, испаритель и конденсатор, заключенные в изолирующую камеру, чтобы избежать потерь тепла в окружающий воздух.

Их система работает, используя солнечную тепловую энергию для испарения небольшого объема воды, впитавшейся или «загрязненной» в испарителе с текстурированной поверхностью. Втекание жидкости в испаритель использует капиллярный эффект микромасштабных текстур. Этот эффект позволяет жидкости втягиваться в узкие пространства пористого материала, подобно тому, как вода впитывается губкой. По словам Дэша, использование этого подхода вместо нагрева всего объема жидкости в резервуаре приводит к значительному повышению энергоэффективности системы.

Команда выгравировала крошечные канавки на поверхности испарителя, сделанного из алюминия. Дека объясняет, что им пришлось экспериментировать с различными комбинациями размеров и расстояния между канавками, а также с шероховатостью поверхности, чтобы определить правильный рисунок для эффективного затекания.

Конденсатор, который, по словам исследователей, часто упускается из виду в большинстве исследований опреснения, является еще одним ключевым элементом солнечной системы опреснения. Чтобы предотвратить образование водяной пленки при конденсации, как в солнечных фотокамерах, Дэш и Дека изготовили конденсатор с чередующимися гидрофильными и супергидрофильными поверхностями. Капли воды, конденсирующиеся на гидрофильных узорах, притягиваются к супергидрофильной области. Это сродство конденсированной воды к супергидрофильной области позволяет гидрофильной поверхности освободиться для свежей порции конденсата, объясняет Дэш.

При конденсации часть тепла уходит в атмосферу. Исследователи спроектировали систему таким образом, что это тепло, выделяющееся при конденсации, также улавливается и используется для нагрева впитавшейся соленой воды в другом испарителе на задней стороне конденсатора, что снижает количество необходимой солнечной энергии и повышает эффективность. системы еще больше. Команда также успешно соединила несколько комбинаций испаритель-конденсатор в серию, в результате чего была создана многоступенчатая система солнечного опреснения (на рисунке). Эта система, если она построена на площади 1 м2, способна производить один литр питьевой воды каждые 30 минут, что как минимум в два раза больше, чем у традиционного солнечного дистиллятора того же размера.

Помимо морской воды, система также может работать с грунтовыми водами, содержащими растворенные соли, а также с солоноватой водой. Её можно отрегулировать в соответствии с изменением положения солнца в течение дня.

В настоящее время исследователи работают над расширением системы и повышением её долговечности, а также над увеличением объема производимой питьевой воды, чтобы её можно было использовать для бытового и коммерческого использования.

Источник