Корейские учёные создали самый быстрый солнечный испаритель для опреснения морской воды
Учёные из Национального института науки и технологий Ульсана (UNIST) в Корее разработали самый быстрый в мире испаритель на основе оксидов, способный преобразовывать морскую воду в питьевую без использования электричества. Устройство использует солнечный свет в качестве источника энергии благодаря специальному фототермическому материалу в своей основе. Это достижение может стать ценным решением для обеспечения пресной водой удалённых островных сообществ и регионов с ограниченным доступом к централизованному водоснабжению.
Процесс опреснения зачастую требует значительных энергозатрат, поэтому научные коллективы по всему миру работают над созданием автономных солнечных систем. Однако низкая скорость испарения долгое время оставалась серьёзным ограничением для их широкого внедрения. Группа исследователей под руководством профессора Чжи-Хёна Чжана решила эту проблему, создав высокоэффективный испаритель.
Ключом к успеху стал новый фототермический материал — тройной оксид, разработанный путём частичной замены марганца в стойком к коррозии оксиде марганца на медь и хром. Путем тонкого изменения состава и структуры материала (метод, известный как управление шириной запрещённой зоны) исследователи добились того, что он поглощает практически весь солнечный спектр. В отличие от типичных оксидов, поглощающих лишь видимый свет, новый материал абсорбирует около 97% солнечного излучения от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного диапазона. Это приводит к сильному нагреву поверхности — до 80 градусов Цельсия, что значительно повышает скорость испарения.
Ещё одной важной инновацией стало решение проблемы солеотложения, характерной для большинства солнечных опреснительных установок. Чтобы солевые кристаллы не накапливались на рабочей поверхности, исследователи применили инвертированную U-образную конструкцию с фототермическим покрытием на части, поглощающей воду. Конструкция также включает капиллярный материал из волокон и гидрофобную полиэстерную ткань, которые способствуют втягиванию воды и оттоку ионов соли, предотвращая образование солевых отложений.
В ходе экспериментов исследователи продемонстрировали, что испаритель площадью один квадратный метр способен производить около 4,1 литра чистой питьевой воды в час. Профессор Чжан отметил, что команде удалось фундаментально улучшить диапазон поглощения света и фототермическую эффективность оксидных материалов, что позволило создать высокопроизводительный и долговечный испаритель. Масштабируемость и стабильность разработки открывают путь к её практическому применению для решения реальных проблем нехватки воды.
Результаты исследования были в научном журнале Advanced Materials.