Инженеры из Массачусетского технологического института и Китая сотрудничают в разработке новаторского устройства для опреснения воды на солнечной энергии, вдохновленного океаническими процессами. Устройство использует опреснение для преобразования морской воды в питьевую. Эта система небольшая и производит от 4 до 6 литров питьевой воды в час. Удивительно, но она работает лучше и дешевле водопроводной воды, и исследователи используют этот подход в качестве выгодного для прибрежных районов, где доступ к традиционным источникам воды ограничен.
Это пассивное устройство использует естественный солнечный свет для нагрева соленой воды, согласно статье, опубликованной исследовательской группой. Конфигурация устройства позволяет вода циркулирует в закрученных водоворотах, похоже на океан термохалинная циркуляция. Эта циркуляция, вместе с солнечным теплом, заставляет воду испаряться, оставляя соль. Испарившуюся воду можно конденсировать и собирать как чистую питьевую воду. Между тем, оставшаяся соль продолжает циркулировать через устройство и из него, предотвращая накопление и засорение системы.
Новая система производит больше воды и удаляет больше соли чем другие пассивные концепции опреснения воды с помощью солнца, которые сейчас тестируются. При увеличении до размера небольшого чемодана, он может производить около 4–6 литров питьевой воды в час и прослужит несколько лет без необходимости замены деталей. При таком размере и производительности система может производить питьевую воду по более доступной цене, чем водопроводная вода.
Научный сотрудник Лаборатории исследований устройств Массачусетского технологического института, Ленан Чжан сказал: «Впервые вода, произведенная с помощью солнечного света, может быть даже дешевле водопроводной воды».
Чжан сотрудничал с аспирантом Массачусетского технологического института Ян Чжун, Эвелин Ван (профессор инженерного дела имени Форда) и несколько исследователей из Шанхайского университета Цзяотун в Китае.
Команда хочет создать большую версию устройства, которая сможет генерировать питьевая вода для небольшой семьи. Это устройство также можно использовать в прибрежных сообществах, не имеющих доступа к традиционному водоснабжению.
Также см: Как переработать рисовые гранулы в водонепроницаемую древесину
Усиление процесса конвекции
Это была не первая их попытка разработать опреснительное устройство для этой цели.
Устройство №1
Команда улучшила предыдущий дизайн путем создания новой системы. Они испытали эту конструкцию на крыше здания Массачусетского технологического института, и она эффективно преобразовала солнечную энергию в питьевую воду. Однако соль, оставшаяся после этого процесса, накапливаются и засоряют систему через несколько дней.
Следующая система имеет несколько слоев, называемых стадиями, которые содержат испаритель и конденсатор. Эти стадии использовали тепло солнца для отделения соли от воды. В реальной ситуации пользователю пришлось бы часто заменяйте этапы, что сделает систему более дорогой.
Устройство №2
В последующий дизайн, Они создал решение с аналогичным расположением слоев. Новая функция была введена для улучшения циркуляции входящей воды и обеспечения полного удаления любой оставшейся соли. Эта конструкция предотвращал осаждение и накопление соли на устройстве, но оно опресняло воду медленно.
Устройство №3
Последняя версия проекта является высшим достижением. Команда успешно разработала систему, которая не только производит большое количество воды с высокой скоростью, но и обладает исключительной способностью отбрасывать соль. Это означает, что система не только эффективна, но и надежна, обеспечивая непрерывную подачу чистой питьевой воды в течение длительного периода времени.
Новый дизайн включает в себя лучшее из двух предыдущих концепций: многоступенчатая система с испарителями и конденсаторами, которая эффективно увеличивает циркуляцию воды и соли на каждой ступени. Новая система генерирует небольшие тиражи, напоминающий термохалинная конвекция в океане. Это замечательное явление приводит в движение воду по всему миру, вызванное изменениями температуры моря («термо») и солености («халинность»).
Ленан Чжан объясняет: «Когда морская вода подвергается воздействию воздуха, солнечный свет заставляет воду испаряться. Как только вода покидает поверхность, соль остается. И чем выше концентрация соли, тем плотнее жидкость, и эта более тяжелая вода стремится течь вниз. Имитируя это явление километрового масштаба в небольшом ящике, мы можем воспользоваться этой особенностью, чтобы отторгнуть соль».
Процесс
Исследователи поместили всю коробку под наклоном внутрь большего контейнера. Затем они подсоединили трубку от верхней части коробки до самого основания контейнера и, наконец, пустили контейнер в плавание в соленой воде.
В основе дизайна лежит гладкая, тонкая коробчатая структура из темного материала, которая эффективно использует лучистое тепло солнца. Она разделена на два отдельных раздела: верхняя и нижняя часть.
- Верхняя половина Конструкция включает в себя специально разработанный испарительный слой на потолке, который использует энергию солнца для нагрева и испарения воды при контакте.
- После этого водяной пар перенаправляется в нижнюю часть короба.
- Здесь воздушный охлаждающий слой конденсирует пар, превращая его в чистую и безопасную жидкость, не содержащую соли.
Эта установка позволяет воде естественным образом подниматься вверх по трубке и попадать в коробку. Уникальное сочетание наклона коробки и солнечного света термальная энергия не только заставляет воду завихряться по мере ее движения, но и гарантирует, что небольшие водовороты будут поддерживать непрерывную циркуляцию соли, а не осаждаться и вызывать засоры.
Кроме того, эти вихревые движения способствуют контакту воды с верхним испаряющимся слоем, оптимизируя весь процесс.
Команда создала различные прототипы:
- Один с одной стадией
- Еще один с тремя ступенями
- Далее с 10 этапами
Они испытали эти прототипы в воде с разной степенью солености, включая природную морскую воду и воду, которая была в семь раз соленее.
На основании этих тестов исследователи пришли к выводу, что масштабирование каждого этапа до квадратного метра приведет к производству впечатляющих 5 литров питьевой воды в час. Что еще более примечательно, эта система предназначена для опреснения воды без накопления соли в течение многих лет.
Помимо своей долговечности, система работает полностью без электричества, что делает его невероятно рентабельным. Фактически, предполагаемая стоимость эксплуатации этой системы даже ниже себестоимости производства водопроводной воды в Соединенных Штатах.
Ян Чжун говорит: «Мы показываем, что это устройство способен достичь длительного срока службы. Это означает, что впервые питьевая вода, произведенная солнечным светом, может быть дешевле водопроводной воды. Это открывает возможность использования солнечного опреснения для решения реальных проблем».
Это исследование по превращению морской воды в питьевую путем опреснения проводится в Шанхайском университете Цзяотун и финансируется Фондом естественных наук Китая.
Источник: Система опреснения может производить пресную воду дешевле, чем водопроводная вода
