Аерогел прави солената вода годна за пиене – този път ефективно

Изследователи от Хонконгския политехнически университет, в търсене на начини за подобряване на системите за обезсоляване на вода, са създали аерогел, който е по-ефективен при обезсоляване от съществуващите системи. 

Нашата планета е приблизително 71% вода. 97% от тази вода обаче се намира в океаните. Остава само 3% от прясната вода, по-голямата част от която е замръзнала в ледниците. По този начин реките и потоците са основните източници на питейна вода за човечеството, което съставлява само 0,3% от общото количество вода на планетата. 

Оскъдната вода, с която разполагаме, е застрашена и от изменението на климата, урбанизацията, замърсяването и нарастващото население на света. Повече от 2 милиарда души живеят в райони, където основният им водоизточник е замърсен. 

Патогенните микроби във водата причиняват опасни заболявания като холера, диария, дизентерия, полиомиелит и коремен тиф. При такива условия обезсоляването на морска вода е една от най-обещаващите опции. Един от методите включва използването на порести материали, които абсорбират вода, която се изпарява поради нагряване под слънцето. Проблемът с повечето изпарители, захранвани със слънчева енергия, обаче е, че те са много трудни за мащабиране. 

Производителността намалява с увеличаване на размера, тъй като по-малко водна пара може да премине през материалите с малки пори и дебели стени. Екип от изследователи, ръководен от Си Шен от Хонконгския политехнически университет, обаче изглежда е намерил решение. Аерогелът, създаден от китайските изследователи, е значително по-ефективен от подобни методи при обезсоляване на вода.

„Ключовите фактори, определящи ефективността на изпаряването на порестите изпарители, са локализацията на топлината, транспортът на вода и транспортът на пари. Значителен напредък е постигнат в проектирането на изпарители за реализиране на високоефективна локализация на топлината и транспорта на вода“ — обяснява Си Шен. 

Слънчевата енергия остава най-удобният начин за процеса на изпаряване на водата. Правени са много опити за разработване на специализирани фототермични материали. Светлината, падаща върху тези материали, се преобразува в топлина, която се използва за ускоряване на изпарението.

Фототермичните материали могат да бъдат направени от полимери, метали, сплави, керамика или цимент. Хидрогеловете вече са доказали своята ефективност при обезсоляване и дезинфекция на вода. Те обаче са полимери, предназначени да задържат вода, което се отразява негативно на ефективността и стабилността, за разлика от аерогеловете, които са направени от полимери, които задържат въздух.

Аерогеловете са по-твърди от хидрогеловете, което позволява не само на вода, но и на водна пара да преминава през порите им. Единствената пречка пред разработването на тези материали е тенденцията им да намаляват ефективността си с увеличаване на мащаба им.

Гъбестият аерогел, 3D отпечатан на слоеве от паста, съдържаща въглеродни нанотръби и целулозни нановлакна, има тънки граници между дълги, равномерно разположени микроскопични пори. Това позволи увеличено отделяне на пари. Всеки слой също е замразен веднага след отпечатването, така че да остане твърд, когато се отпечата следващият слой. 

Изследователите са тествали аерогела, като го добавят към чаша с морска вода, покрита с извит капак, изработен от прозрачна пластмаса. Слънчевата светлина, преминаваща през пластмасата, нагрява аерогела, което кара водните пари да се изпаряват и кондензират върху капака, капейки във фуния, която отвежда водата в отделен контейнер. 

Системата им произвежда около 3 супени лъжици питейна вода. Но тъй като аерогелът е издръжлив и може да се мащабира без да се жертва ефективността, той има потенциал за по-голяма употреба. Шен и екипът му ще продължат да усъвършенстват и мащабират метода си. 

„Въпреки че не мога да ви дам точен отговор колко често аерогелът трябва да се сменя, тъй като тази работа е все още в ранен етап, ние вече планираме да проведем реални тестове, за да оценим дългосрочната му ефективност“ — казва Си Шен. 

Резултатите от проучването са публикувани в списание ACS Energy.