![]() |
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
![]() | |
PLOS ONE: Разработана система для предотвращения потери природных ресурсов | |
Группа ученых по устойчивому развитию из&... |
![]() | |
Nature CE&E: Подсечно-огневое земледелие может увеличить биоразнообразие лесов | |
Подсечно-огневое земледелие, практикуемое мног... |
![]() | |
Ученые выяснили, как получить менее липкий лед | |
Готовясь к зиме многие американцы столкну... |
![]() | |
Science: Ученые разгадали геологическую загадку, которой 200 лет | |
В течение 200 лет ученым не удавалос... |
![]() | |
Механические устройства для очистки водоемов от пластика ненадежны | |
Международная группа ученых предостерегла от&n... |
![]() | |
Пользователи соцсети X считают, что природа отлично восстановится самостоятельно | |
Люди относятся к посадке деревьев и ... |
![]() | |
Science: Открытие белков-диригентов позволит вывести неприхотливые культуры | |
Исследователи обнаружили белок, который уплотн... |
![]() | |
«Тунберг это не понравится, но счастливые свинки важнее климата» | |
Производство свинины вызывает обеспокоенность ... |
![]() | |
Nature: Алмазы из самых глубоких недр помогают понять, как росли суперконтиненты | |
Алмазы содержат свидетельства того, что м... |
![]() | |
Ученые показали динамическую сложность климатической системы Земли | |
Эль-Ниньо — это теплая фаза юж... |
![]() | |
Оленеводы успешно выращивают картофель и редис в самом северном огороде России | |
Участники сообщества Илебц, представляющего ко... |
![]() | |
В организмах и жилищах людей найдены пагубные химикаты | |
Пер- и полифторалкильные вещества, PFAS, ... |
![]() | |
Бауманку ждет зеленое будущее | |
Экспертный совет стратегического проекта Bauma... |
![]() | |
Разработана новая модель происхождения драгоценных металлов в мантии Земли | |
Доктор Симон Марчи из Юго-Западного иссле... |
![]() | |
Ученые предлагают новый подход к сохранению Большого Барьерного рифа | |
Ученые, используя природные трассеры у по... |
![]() | |
Разработан безотходный и масштабируемый процесс для переработки полиэфиров | |
Исследователи из Tokyo Metropolitan Unive... |
![]() | |
А не вырубить ли нам все дубы на планете? | |
Это простой вопрос, и звучит довольно скр... |
![]() | |
ИИ поможет оптимизировать энергопотребление в отопительный сезон | |
Хотя организации по всему миру работают н... |
![]() | |
VIRGINIA TECH: Найден новый способ модификации сельскохозяйственных культур | |
Модификация сельскохозяйственных культур просл... |
![]() | |
Саванны и луга замедляют потепление, накапливая больше углерода, чем считалось | |
По данным нового исследования, саванны и ... |
![]() | |
Nature Communications: Микробы влияют на образование льда в арктических облаках | |
Международная группа ученых из Швеции, Но... |
![]() | |
Микропластик нашли в закрытой для посещения системе пещер штата Миссури | |
В двух недавних работах исследователи Универси... |
![]() | |
Новое устройство получает питьевую воду из морской с помощью солнечной энергии | |
Инженеры из Массачусетского технологическ... |
![]() | |
Ученые обнаружили микропластик в воде из облаков на вершине горы Фудзияма | |
Пластиковые частицы размером менее 5 мм н... |
![]() | |
FASE Journal: Китайский профессор предлагает новый метод модернизации биогаза | |
Биогаз обычно производится путем анаэробного с... |
![]() | |
Ученые создали микроорганизм, который расщепляет пластик в океане | |
Исследователи генетически сконструировали морс... |
![]() | |
Углекислый газ из зданий может стать новым источником метанола | |
Исследователи из Университета Западной Ви... |
![]() | |
Замена мясных продуктов на растительные сократит выбросы парниковых газов на 31% | |
Замена 50% мясных и молочных продуктов ра... |
![]() | |
Исследование: глобальное потепление приводит к изменению речной сети в Арктике | |
Новое исследование, проведенное совместно Унив... |
![]() | |
Science Advances: Между запахом скошенной травы и изменением климата есть связь | |
В рамках международного проекта CLOUD, осущест... |