Průlom v solární odsolování: Čistá voda bez toxického odpadu

Foto: J. Adam Fenster

Úvod

Vědci z University of Rochester vyvinuli revoluční systém solárního odsolování, který přeměňuje mořskou vodu na pitnou, aniž by vytvářel škodlivý solný odpad. Tento průlomový proces využívá speciálně upravené kovové panely, které pomocí slunečního světla odpařují vodu a zároveň automaticky odvádějí solné usazeniny pryč z pracovní plochy, čímž se zabraňuje ucpávání. Proces byl úspěšně testován s vodou z tří oceánů a dokáže obnovit téměř všechny soli jako pevné látky. Tyto zbytkové materiály by mohly dokonce sloužit jako zdroj cenného lithia pro baterie.

Autor původního článku: redakce

Kontext

Podle Organizace spojených národů stále 2,2 miliardy lidí nemá přístup k bezpečně spravované pitné vodě. Aby se uspokojila rostoucí poptávka, mnoho regionů, od Kalifornie po části Blízkého východu, se spoléhá na odsolovací zařízení, která přeměňují mořskou vodu na sladkou. Tradiční metody odsolování, jako je reverzní osmóza a termální destilace, mohou být nákladné a energeticky náročné. Často vyžadují chemické ošetření před a po zpracování vody a generují velké objemy koncentrované solné vody známé jako brine. Při vypouštění zpět do oceánu může brine poškodit mořské ekosystémy zvýšením salinity a snížením hladiny kyslíku.

Technologický pokrok

Výzkumníci z University of Rochester vyvinuli nový přístup, který by mohl řešit několik z těchto výzev. Jejich solární systém odsolování produkuje čistou vodu efektivně, funguje bez chemického předběžného ošetření a vyhýbá se vytváření odpadu ve formě brine. Výzkum vedl Chunlei Guo, profesor optiky a fyziky a hlavní vědec v Laboratoři pro laserovou energetiku univerzity. Tým popsal technologii v časopise Light: Science & Applications.

Laserem upravené solární panely

Systém se spoléhá na speciálně navržené solární panely vyrobené z černého kovu, který byl texturován femtosekundovými lasery. Toto ošetření dává povrchu dvě důležité vlastnosti. Absorbuje téměř veškeré příchozí sluneční světlo a silně přitahuje vodu, což je vlastnost známá jako superwicking. Laserem vzorovaná aktivní oblast přitahuje tenkou vrstvu mořské vody přes panel. Jakmile je sluneční světlo absorbováno, voda se odpařuje a destiluje na čistou vodu. Současně jsou rozpuštěné soli a minerály vedeny pryč z aktivní oblasti a ukládány na neošetřené části panelu nazývané pasivní oblasti.

Využití efektu kávového prstence

Guo poznamenává, že několik solárních termálních technologií odsolování ukázalo slibné výsledky v laboratorních studiích pomocí zjednodušené mořské vody složené pouze z vody a chloridu sodného. V těchto experimentech se krystaly chloridu sodného tvoří v uvolněné, porézní struktuře, jak se voda odpařuje. Voda může nadále protékat těmito krystaly, rozpouštět je a činí systémy relativně snadno čistitelnými. Skutečná mořská voda je mnohem složitější. Kromě chloridu sodného obsahují oceány mnoho dalších rozpuštěných minerálů. Materiály obsahující hořčík a vápník často tvoří tvrdé, husté krusty, když krystalizují. Tyto usazeniny mohou blokovat průtok vody a nakonec zastavit proces odsolování.

Proč je to důležité

Tato nová technologie solárního odsolování má potenciál významně ovlivnit dostupnost pitné vody v oblastech, kde je nedostatek. Systém, který neprodukuje toxický odpad a zároveň umožňuje získávání cenných minerálů, jako je lithium, může přinést ekonomické i ekologické výhody. V Evropě a České republice, kde se stále více diskutuje o udržitelnosti a ochraně životního prostředí, může tento přístup představovat důležitý krok k řešení problémů s vodou a zároveň podpořit rozvoj obnovitelných zdrojů energie. Sledujte budoucí vývoj této technologie, která by mohla být klíčová pro udržitelné hospodaření s vodou a minerály.

Obnova cenných minerálů

Jednou z nejvýznamnějších výhod systému je to, co se stane se zbytkovou solí. Konvenční odsolování produkuje tekutý brine, který musí být ošetřen, zlikvidován nebo vypuštěn do prostředí. Nový proces místo toho obnovuje téměř všechny rozpuštěné soli ve formě pevných látek. Tyto obnovené materiály by se mohly stát cennými zdroji. Kromě produkce stolní soli by proces mohl pomoci extrahovat důležité minerály, jako je lithium, klíčová složka v lithium-iontových bateriích používaných v elektrických vozidlech a mnoha spotřební elektronice.

Potenciál pro velkovýrobu

Ačkoli byla technologie dosud demonstrována pouze v zařízeních pro ověření konceptu, Guo věří, že přístup lze výrazně rozšířit. Pokud bude úspěšně rozšířen, systém by mohl pomoci zvýšit přístup k čisté pitné vodě a zároveň vytvořit udržitelnější zdroje kritických minerálů. Výzkum byl podpořen Národní vědeckou nadací, Nadací Billa a Melindy Gatesových a Worldwide Universities Network.

Mohlo by vás zajímat

• Vědci překonali 30letý rekord v supravodivosti za normálního tlaku
• Vědci vytvořili zařízení bez baterií, které přeměňuje sluneční světlo na palivo
• Vědci konečně dokončili 100 let starou teorii barev Schrödingera

Původní článek: New solar desalination breakthrough makes fresh water without toxic brine