![]() |
Инженеры из Массачусетского технологического института и Китая намерены превратить морскую воду в питьевую с помощью полностью пассивного устройства, вдохновленного океаном и питающегося от солнца. В статье, опубликованной сегодня в журнале Joule, команда инженеров описывает конструкцию новой солнечной опреснительной системы, которая принимает соленую воду и нагревает ее с помощью естественного солнечного света. Конфигурация устройства позволяет воде циркулировать в вихревых потоках, подобно гораздо более крупной «термохалинной» циркуляции в океане. Эта циркуляция в сочетании с солнечным теплом заставляет воду испаряться, оставляя после себя соль. Образовавшийся водяной пар может быть сконденсирован и собран в виде чистой воды, пригодной для питья. При этом остатки соли продолжают циркулировать через устройство и выходить из него, а не накапливаются и не засоряют систему. Новая система имеет более высокую скорость производства воды и более высокую скорость отвода солей, чем все другие пассивные солнечные опреснители, испытываемые в настоящее время. По оценкам исследователей, при масштабировании системы до размеров небольшого чемодана она сможет производить от 4 до 6 литров питьевой воды в час и прослужит несколько лет, прежде чем потребует замены деталей. При таких масштабах и производительности система может производить питьевую воду со скоростью и по цене дешевле, чем водопроводная вода.
По замыслу команды, масштабируемое устройство может пассивно производить достаточное количество питьевой воды для удовлетворения ежедневных потребностей небольшой семьи. Система также может обеспечивать питьевой водой автономные прибрежные населенные пункты, где морская вода легко доступна. Среди соавторов исследования Чжана — аспирант MIT Ян Чжун, профессор инженерных наук Форда Эвелин Ванг, а также Джинтонг Гао, Джинфанг Ю, Чжаню Йе, Ружу Ванг и Чжэньюань Сю из Шанхайского университета Цзяо Тун (Китай). Мощная конвекцияНовая система команды усовершенствована по сравнению с предыдущей разработкой — аналогичной концепцией нескольких слоев, называемых ступенями. Каждая ступень содержала испаритель и конденсатор, которые использовали солнечное тепло для пассивного отделения соли от поступающей воды. Такая конструкция, испытанная на крыше здания Массачусетского технологического института, эффективно использовала солнечную энергию для испарения воды, которая затем конденсировалась и превращалась в питьевую воду. Однако оставшаяся соль быстро накапливалась в виде кристаллов, которые через несколько дней засоряли систему. В реальных условиях пользователю пришлось бы часто устанавливать ступени, что значительно увеличило бы общую стоимость системы. В ходе дальнейшей работы было разработано решение с аналогичной многослойной конфигурацией, но с дополнительной функцией циркуляции поступающей воды, а также остатков соли. Хотя такая конструкция не позволяла соли оседать и накапливаться на устройстве, скорость опреснения воды была относительно низкой. В последней версии проекта, по мнению специалистов, удалось создать конструкцию, обеспечивающую высокую скорость производства воды и высокий уровень отвода солей, что позволяет быстро и надежно производить питьевую воду в течение длительного времени. Ключевым моментом новой конструкции является сочетание двух предыдущих концепций: многоступенчатой системы испарителей и конденсаторов, которая также настроена на усиление циркуляции воды — и соли — внутри каждой ступени.
Малые циркуляции, создаваемые в новой системе, аналогичны «термохалинной» конвекции в океане — явлению, которое определяет движение воды по всему миру, основанное на различиях в температуре моря („термо“) и солености („галин“).
Отвод водыСердцем новой конструкции команды является одна ступень, напоминающая тонкую коробку, покрытую темным материалом, который эффективно поглощает солнечное тепло. Внутри коробка разделена на верхнюю и нижнюю части. В верхней части вода может протекать через потолок, где расположен испаритель, использующий солнечное тепло для нагрева и испарения воды, находящейся в непосредственном контакте с ним. Затем водяной пар попадает в нижнюю половину бокса, где конденсационный слой охлаждает его воздухом, превращая в бессолевую жидкость, пригодную для питья. Исследователи установили всю коробку под наклоном в больший пустой сосуд, затем присоединили трубку от верхней половины коробки вниз через дно сосуда и погрузили сосуд в соленую воду. При такой конфигурации вода естественным образом поднимается по трубе и попадает в коробку, где под действием наклона коробки и тепловой энергии солнца происходит завихрение воды. Небольшие вихревые потоки способствуют контакту воды с верхним испаряющимся слоем, при этом соль циркулирует, а не оседает и не засоряется. Группа создала несколько прототипов с одной, тремя и десятью ступенями и протестировала их работу в воде различной солености, включая природную морскую воду и воду в семь раз более соленую. По результатам испытаний было рассчитано, что при увеличении площади каждой ступени до одного квадратного метра можно будет получать до 5 л питьевой воды в час, а система сможет опреснять воду без накопления солей в течение нескольких лет. Учитывая такой длительный срок службы, а также тот факт, что система полностью пассивна и не требует электроэнергии для работы, по оценкам специалистов, общая стоимость эксплуатации системы будет дешевле, чем стоимость производства водопроводной воды в США.
27.09.2023 |
Экология
![]() | |
В экоиндексе городов Казани не нашлось места в первой тройке | |
Казань оказалась в рейтинге на четве... |
![]() | |
Natgeo: Источники кислорода на дне океана помогут искать жизнь во Вселенной | |
На дне Тихого океана, где нет с... |
![]() | |
JACS Au: Открыт метод переработки пластиковых отходов в электронные устройства | |
Университет штата Делавэр и Аргоннская на... |
![]() | |
Nature Energy: Создана мембрана для удаления CO2, работающая на влажности | |
Прямое улавливание воздуха — один и... |
![]() | |
Кристаллографы СПбГУ раскрыли структуру минерала, открытого более 70 лет назад | |
Учёные из международной группы, которую в... |
![]() | |
Applied Catalysis: MXene поможет получать экономически выгодный зеленый водород | |
137 стран мира подписали соглашение об из... |
![]() | |
На Дне аграрной науки в Казанском ГАУ представили около 30 новых проектов | |
10 июля в Агробиотехнопарке Казанского го... |
![]() | |
Сокращение выбросов оксида азота на фермах помогает климату и озоновому слою | |
Новое исследование, проведённое Университетом ... |
![]() | |
ME&E: Приложение для растений помогает определить последствия изменения климата | |
Известно, что растения реагируют на ... |
![]() | |
Геофизики СПбГУ займутся мобильными зондированиями мерзлоты на Ямале | |
Учёные Санкт-Петербургского госуда... |
![]() | |
Российские ученые нашли на Эльбрусе цинк и медь | |
Биологи изучили ледники Эльбруса, и ... |
![]() | |
Ноша последствий изменения климата ляжет на хрупкие женские плечи | |
Согласно новому исследованию, опубликованному ... |
![]() | |
Nature Geoscience: Тысячелетия тому назад Нил был совсем другим | |
Исследователи изучили, как развивалась ре... |
![]() | |
Ученые впервые количественно оценили пробелы в удалении углерода | |
Новое исследование, проведенное Университетом ... |
![]() | |
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры | |
В новой работе, опубликованной в журнале ... |
![]() | |
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата | |
Виноград, выращиваемый для производства в... |
![]() | |
FB&B: Побочный продукт пива поможет перерабатывать металлические отходы | |
Когда мы перерабатываем электронные устро... |
![]() | |
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии | |
Исследователи из Токийского столичного ун... |
![]() | |
Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники | |
Команда из Европы работает с деревом... |
![]() | |
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины | |
Леса играют важнейшую роль в улавливании ... |
![]() | |
CRC: Сырой глицерин в качестве субстрата для дрожжей дает двойную выгоду | |
Использование сырого глицерина для синтез... |
![]() | |
Nature Comm: Солончаки и болота в 2 раза эффективнее смягчают парниковый эффект | |
Мангровые леса и солончаки поглощают боль... |
![]() | |
Functional Ecology: Чем разнообразнее лес, тем он лучше противостоит ураганам | |
Европейские леса с большим разнообразием ... |
![]() | |
Открытие позволит получать экологически чистый и экономически выгодный водород | |
Разработана прорывная технология, позволяющая ... |
![]() | |
Инновационный компонент очистителей воздуха обещает воздух без вредных примесей | |
Исследователи из Университета Бата изобре... |
![]() | |
Лаборатория Sandia нашла новые подсказки о потеплении в Арктике | |
Арктика, ледяная корона Земли, переживает клим... |
![]() | |
EHP: Изменение климата может повлиять на вес детей при рождении | |
Изменение климата может представлять большую о... |
![]() | |
Newswise: Потребители голосуют за консервативную, но не самую экологичную тару | |
Что бы вы предпочли скорее &mda... |
![]() | |
Natural Hazards: Смешанные леса защищают от цунами лучше монокультурных | |
Прибрежные леса в Японии преимущественно ... |
![]() | |
PRL: Новая концепция откроет тайны синхронизации в турбулентной динамике | |
Прогнозирование погоды важно для различны... |