Inženjeri na MIT-u i u Kini imaju za cilj da pretvore morsku vodu u vodu za piće pomoću potpuno pasivnog uređaja koji je inspirisan okeanom, a pokreće ga sunce.
U radu koji se pojavljuje u časopisu Joule, tim opisuje dizajn novog solarnog sistema za desalinizaciju koji uzima slanu vodu i zagreva je prirodnom sunčevom svetlošću.
Konfiguracija uređaja omogućava da voda cirkuliše u vrtložnim vrtlozima, na način sličan mnogo većoj „termohalinoj“ cirkulaciji okeana. Ova cirkulacija, u kombinaciji sa sunčevom toplotom, pokreće vodu da ispari, ostavljajući za sobom so. Dobijena vodena para se zatim može kondenzovati i sakupljati kao čista voda za piće. U međuvremenu, ostatak soli nastavlja da cirkuliše kroz i van uređaja, umesto da se akumulira i začepljuje sistem.
Novi sistem ima veću stopu proizvodnje vode i veću stopu odbacivanja soli od svih drugih pasivnih solarnih koncepta desalinizacije koji se trenutno testiraju.
Istraživači procenjuju da ako se sistem poveća do veličine malog kofera, on bi mogao da proizvede oko 4-6 litara vode za piće na sat i da traje nekoliko godina pre nego što mu budu potrebni rezervni delovi. U ovom obimu i performansama, sistem bi mogao da proizvodi vodu za piće po stopi i ceni koja je jeftinija od vode iz slavine.
„Prvi put je moguće da voda, proizvedena sunčevom svetlošću, bude čak jeftinija od vode iz slavine“, kaže Lenan Zhang, naučnik u MIT-ovoj laboratoriji za istraživanje uređaja.
Tim predviđa da bi povećani uređaj mogao pasivno proizvesti dovoljno vode za piće da zadovolji dnevne potrebe male porodice. Sistem bi takođe mogao da snabdeva priobalne zajednice van mreže gde je morska voda lako dostupna.
Džangovi koautori studije su diplomirani student MIT-a Jang Zhong i Evelin Vang, Fordova profesorka inženjerstva, zajedno sa Jintong Gaoom, Jinfang Iou, Zhaniu Ie, Ruzhu Vang i Zheniuan Ksu sa Univerziteta Šangaj Jiao Tong u Kini.
Novi sistem tima poboljšava njihov prethodni dizajn — sličan koncept više slojeva, koji se nazivaju faze. Svaka faza je sadržala isparivač i kondenzator koji je koristio toplotu od sunca da pasivno odvoji so od vode koja dolazi.
Taj dizajn, koji je tim testirao na krovu zgrade MIT-a, efikasno je pretvorio sunčevu energiju u isparavanje vode, koja je potom kondenzovana u vodu za piće. Ali so koja je ostala brzo se nakupila u obliku kristala koji su začepili sistem nakon nekoliko dana. U stvarnom okruženju, korisnik bi morao često da postavlja bine, što bi značajno povećalo ukupne troškove sistema.
U nastavku su osmislili rešenje sa sličnom slojevitom konfiguracijom, ovog puta sa dodatnom karakteristikom koja je pomogla da cirkuliše ulazna voda kao i ostatak soli. Iako je ovaj dizajn sprečio taloženje soli i akumulaciju na uređaju, desalinizirao je vodu relativno malom brzinom.
U najnovijoj iteraciji, tim veruje da je došao na dizajn koji postiže i visoku stopu proizvodnje vode i veliko odbacivanje soli, što znači da sistem može brzo i pouzdano da proizvodi vodu za piće tokom dužeg perioda.
Ključ njihovog novog dizajna je kombinacija njihova dva prethodna koncepta: višestepeni sistem isparivača i kondenzatora, koji je takođe konfigurisan da pojača cirkulaciju vode – i soli – unutar svake faze.
„Sada uvodimo još snažniju konvekciju, koja je slična onome što obično vidimo u okeanu, na skali dugim kilometrima“, kaže Ksu.
Male cirkulacije stvorene u novom sistemu tima su slične „termohalinskoj“ konvekciji u okeanu — fenomenu koji pokreće kretanje vode širom sveta, na osnovu razlika u temperaturi mora („termo“) i salinitetu („halin“). ).
„Kada je morska voda izložena vazduhu, sunčeva svetlost tera vodu da ispari. Kada voda napusti površinu, sol ostaje. I što je veća koncentracija soli, to je tečnost gušća, a ova teža voda želi da teče naniže“, objašnjava Džang. „Oponašanjem ove kilometarske pojave u maloj kutiji, možemo iskoristiti ovu funkciju da odbacimo so.“
Srce novog dizajna tima je jedna faza koja podseća na tanku kutiju, prekrivenu tamnim materijalom koji efikasno apsorbuje toplotu sunca. Unutra, kutija je podeljena na gornji i donji deo. Voda može da teče kroz gornju polovinu, gde je plafon obložen slojem isparivača koji koristi sunčevu toplotu da se zagreje i ispari bilo koju vodu u direktnom kontaktu.
Vodena para se zatim odvodi u donju polovinu kutije, gde kondenzacioni sloj vazduhom hladi paru u tečnost za piće bez soli. Istraživači su postavili celu kutiju na nagib u većoj, praznoj posudi, zatim su pričvrstili cev od gornje polovine kutije nadole kroz dno posude i plutali posudu u slanoj vodi.
U ovoj konfiguraciji, voda može prirodno gurnuti kroz cev u kutiju, gde nagib kutije, u kombinaciji sa toplotnom energijom sunca, podstiče vodu da se vrti dok teče kroz nju. Mali vrtlozi pomažu da se voda dovede u kontakt sa gornjim slojem koji isparava, a istovremeno održava cirkulaciju soli, umesto da se taloži i zapuši.
Tim je napravio nekoliko prototipova, sa jednom, tri i 10 stepeni, i testirao njihove performanse u vodi različitog saliniteta, uključujući prirodnu morsku vodu i vodu koja je bila sedam puta slanija.
Iz ovih testova, istraživači su izračunali da bi, ako bi se svaka faza povećala na kvadratni metar, proizvela do 5 litara vode za piće na sat i da bi sistem mogao desalinirati vodu bez akumulacije soli nekoliko godina. S obzirom na ovaj produženi životni vek i činjenicu da je sistem potpuno pasivan i ne zahteva struju za rad, tim procenjuje da bi ukupni troškovi rada sistema bili jeftiniji od onoga što košta proizvodnja vode iz slavine u Sjedinjenim Državama.
„Pokazujemo da je ovaj uređaj sposoban da postigne dug životni vek“, kaže Zhong. „To znači da je, po prvi put, moguće da voda za piće proizvedena sunčevom svetlošću bude jeftinija od vode iz slavine. Ovo otvara mogućnost da solarna desalinizacija rešava probleme u stvarnom svetu.“
