Новая солнечная система опреснения обеспечивает чистую воду для отдаленных районов

С ростом летних температур угроза нехватки воды становится все более угрожающей. В качестве возможного решения по увеличению доступности чистой питьевой воды исследователи 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 путем нагревания соленой воды и последующей конденсации образующегося пара для получения пресной воды. Но энергия, необходимая для испарения, обычно получается либо за счет электричества, либо за счет сжигания ископаемого топлива. Экологически чистой альтернативой является использование солнечных перегонных аппаратов, 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 перегонным аппаратам 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 Даш, доцент кафедры машиностроения и автор исследования, опубликованного в журнале Desalination.

Установка, разработанная Даш и ее аспирантом Набаджитом Декой, 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 «впитанной» в испаритель, имеющий текстурированную поверхность. Впитывание жидкости в испаритель происходит за счет капиллярного эффекта микроструктур. Этот эффект позволяет жидкостям проникать в узкие пространства пористого материала, подобно тому, как вода впитывается губкой. По словам Даша, использование этого подхода вместо нагрева всего объема жидкости в резервуаре приводит к значительному повышению энергоэффективности системы.

Команда вытравила крошечные бороздки на поверхности испарителя, сделанного из алюминия. Дека объясняет, что им пришлось экспериментировать с различными комбинациями размера и расстояния между канавками, а также с шероховатостью поверхности, чтобы определить правильный рисунок для эффективного впитывания влаги.

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

При конденсации часть тепла теряется в атмосферу. Исследователи спроектировали систему таким образом, что это тепло, выделяющееся во время 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 испарителя и конденсатора последовательно, в результате чего получилась многоступенчатая солнечная система опреснения. Эта система, если она построена на площади 1 м2, способна производить один литр питьевой воды каждые 30 минут – как минимум в два раза больше, чем производит традиционный солнечный перегонный аппарат того же размера.

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