Дефицит чистой питьевой воды остается главной проблемой современности. По данным ООН, от нехватки этого ресурса страдает 40% населения планеты. и это число продолжает расти. Некоторые страны решают эту жизненно важную проблему путем опреснения морской воды, но это чрезвычайно энергоемкий и дорогостоящий процесс. В арабских странах, например, на опреснение воды уходит более 15% от всей вырабатываемой электроэнергии. Ученые из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (Саудовская Аравия) придумали солнечную панель, которая способна в экономичном режиме опреснять воду и при этом бесперебойно снабжать дом электроэнергией. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Обычные солнечные панели преобразуют в ток не более 20% поступающей солнечной энергии, поясняют сотрудники университета имени короля Абдаллы. Оставшаяся часть теряется в виде тепла, которое никак не используется. Именно это отработанное тепло ученые предлагают использовать в качестве «движущей силы».
Схема дистилляции воды
Авторы: Wenbin Wang, Yusuf Shi, Chenlin Zhang, Seunghyun Hong, Le Shi, Jian Chang, Renyuan Li, Yong Jin, Chisiang Ong, Sifei Zhuo & Peng Wang.
Лицензия CC BY 4.0
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Агрегат состоит из собственно солнечной батареи и системы дистилляции, прикрепленной к ее задней панели. Чтобы уменьшить потери тепла в окружающую среду, устройство со всех сторон изолировали пенополиуретаном. В то время как фотоэлемент собирает свет для производства электроэнергии, тепло от панели вызывает испарение в дистилляторе воды. Этот пар проникает через пористую мембрану, которая отфильтровывает соль и загрязнение, позволяя чистой воде конденсироваться на другой стороне. «Это не влияет на выработку электроэнергии [солнечной батареей]. И вместе с тем дает бонус в виде пресной воды», – поясняет соавтор исследования Пэн Ван.
В лабораторных условиях, где роль солнца исполняла специальная лампа, прототипу удалось преобразовать в электричество около 11% полученного света. Этот результат сопоставим с возможностями коммерческих батарей, чья производительность обычно колеблется между 10 и 20%. Чтобы проверить, насколько успешно устройство справится с задачей, ученые подавали в дистиллятор соленую и грязную воду с добавлением тяжелых металлов. Опираясь на этот опыт, они подсчитали, что система очистки на «солнечном приводе» площадью один квадратный метр способна производить 1,64 литра чистой воды в час.
Пэн Ван подчеркивает, что изобретение не является полноценной заменой крупных опреснительных установок – его функция скорее «добавочная». «Технология пригодится, чтобы обеспечивать питьевой водой районы, где населенные пункты находятся в значительном удалении друг от друга, а также в местах с низкой и средней плотностью населения», – говорит Ван.