Фильтр для воды на солнечной энергии: чистая вода почти даром
Десятой части населения мира даже в XXI веке испытывает проблемы с чистой водой. Исследователи сообщают, что они разработали дешевый водоочистительный прибор, который питается от солнечных батарей и способен очищать воду в 4 раза быстрее и эффективнее, чем текущие коммерческие аналоги. В качестве сырья используются материалы, стоимость которых составляет $2 за квадратный метр. Эта технология «позволит людям получить вдоволь питьевой воды, просто установив солнечную батарею на крыше своего дома», говорит Шедужн Лю, приглашенный исследователь из Нью-Йоркского университета и один из соавторов нового изобретения.
Солнечные технологии известны человеку уже не первую тысячу лет. Правда, раньше они представляли собой просто сосуды с черным дном, наполненные водой и покрытые сверху прозрачным материалом. Солнечный свет поглощается зачерненным днищем и ускоряет испарение, после чего влага конденсируется и стекает в воронку для питьевой воды. Большая часть загрязняющих веществ не испаряется, а потому таким образом можно получить довольно чистую воду. Проблема заключается в том, что большая часть солнечной энергии теряется при медленном нагреве емкости, полной воды. Даже при идеальных условиях резервуар должен быть не менее 6 м2, чтобы произвести дневную норму воды на 1 человека.
В последние годы исследователи улучшили эту технологию с помощью двух основных методик. Во-первых, они разрабатывают емкости таким образом, чтобы нагревался лишь самый верхний слой воды, а значит энергии расходуется на порядок меньше. Во-вторых, они обратились к наноматериалам, способных поглощать больше солнечных лучей. Однако стоимость таких материалом может достигать сотни долларов за грамм, что делает их широкое использование в странах с развивающейся экономикой совершенно нереальным.
Квао Квак Гань, инженер-электрик из SUNY Buffalo, знаком с этой проблемой не понаслышке. Его лаборатория как раз занималась разработкой нового поколения наноматериалов, которые бы служили в качестве поглотителей в ячейках солнечных электростанций. Однако вскоре стало очевидно, что стоимость материалов никогда не сделала бы такую стратегию жизнеспособной, и Гань начал поиск дешевых альтернатив.
Наглядная схема устройства прибора в разрезе и принцип его действия
Новое устройство, разработанное его командой, состоит из трех основных компонентов. Гань и его коллеги начали с бумаги, богатой волокнами клетчатки — такую бумагу, к примеру, используют для изготовления купюр. Они покрыли ее сажей, оставшейся после неполного сгорания масла или смолы. После этого инженеры взяли блок пенополистрола (материала, который используется для изготовления кофейных стаканчиков) и нарезали его на 25 небольших секций. Пенный материал, плавающий в неочищенной воде, действует в качестве изолирующего барьера, предотвращающего от нагрева всю массу воды сразу. Затем исследователи разместили фрагменты бумаги над каждой секцией таким образом, чтобы их концы утопали в воде. В итоге получилась капиллярная система: вода по бумаге поднимается вверх, попадая на каждую из 25 секций. Вся эта система работает под прозрачным акриловым корпусом.
Во время работы, испаряющаяся из бумаги вода попадает на акрил, который направляет конденсат в накопительную емкость, в то время как бумага продолжает втягивать в себя влагу и испарять ее. Гань и его коллеги сообщают, что их примитивная установка работает на 88% эффективнее коммерческих аналогов. На практике это означает, что устройство размером 1 м2 может очищать до 1 л воды в час, что в 4 раза превосходит скорость работы аналогов.
Авторы доклада уже сформировали компанию Suny Clean Water и уже ведут переговоры с другими компаниями по всему миру, чтобы сделать технологию доступной для населения.
