Odsoľovací systém vyrába sladkú vodu lacnejšie ako vodu z vodovodu

Inžinieri z MIT a Číny sa snažia premeniť morskú vodu na pitnú vodu pomocou úplne pasívneho zariadenia, ktoré je inšpirované oceánom a poháňané slnkom. V článku, ktorý bol publikovaný v časopise Joule tím načrtol návrh nového solárneho odsoľovacieho systému, ktorý používa slanú vodu a ohrieva ju prirodzeným slnečným svetlom. Konfigurácia zariadenia umožňuje, aby voda cirkulovala vo vírivých prúdoch podobne ako v oveľa väčšom termohalinnom obehu v oceáne. Táto cirkulácia v kombinácii so slnečným teplom vedie k odparovaniu vody a zanecháva za sebou soľ. Vzniknutá vodná para sa potom môže kondenzovať a zhromažďovať ako čistá pitná voda.

Zvyšky soli potom naďalej cirkulujú cez zariadenie a von z neho namiesto toho, aby sa hromadili a upchávali systém. Nový systém má vyššiu mieru produkcie vody a vyššiu mieru odstraňovania soli ako všetky ostatné v súčasnosti testované koncepcie pasívneho solárneho odsoľovania. Výskumníci odhadujú, že ak sa systém zväčší na veľkosť malého kufríka, mohol by produkovať približne 4 až 6 litrov pitnej vody za hodinu a vydržať niekoľko rokov, kým si vyžiada výmenu dielov. Pri takomto rozsahu a výkone by systém mohol vyrábať pitnú vodu za cenu, ktorá je lacnejšia ako voda z vodovodu. Tím predpokladá, že zväčšené zariadenie by mohlo pasívne vyrábať dostatok pitnej vody na uspokojenie denných potrieb malej rodiny.

Predchádzajúci návrh tímu sa skladal z viacerých vrstiev, tzv. stupňov. Každý stupeň obsahoval výparník a kondenzátor, ktoré využívali teplo zo slnka na pasívne oddelenie soli od prichádzajúcej vody. Táto konštrukcia, ktorú výskumníci testovali na streche budovy MIT, účinne premieňala slnečnú energiu na odparovanie vody, ktorá sa potom kondenzovala na pitnú vodu. Soľ, ktorá zostala, sa však rýchlo nahromadila v podobe kryštálov, ktoré po niekoľkých dňoch systém upchali. V reálnom prostredí by používateľ musel často umiestňovať stupne, čo by výrazne zvýšilo celkové náklady systému.

Neskôr výskumníci navrhli riešenie s podobnou vrstvenou konfiguráciou, tentoraz však s pridanou funkciou, ktorá napomáhala cirkulovanie prichádzajúcej vody, ako aj zvyškov soli. Hoci táto konštrukcia zabraňovala usadzovaniu a hromadeniu soli na zariadení, odsoľovala vodu relatívne nízkou rýchlosťou. V najnovšej iterácii tím vytvoril dizajn, ktorý dosahuje vysokú rýchlosť výroby vody a zároveň vysokú mieru odstraňovania soli, čo znamená, že systém dokáže rýchlo a spoľahlivo vyrábať pitnú vodu počas dlhšieho obdobia.

Kľúčom k novému návrhu je kombinácia ich dvoch predchádzajúcich koncepcií: viacstupňový systém výparníkov a kondenzátorov, ktorý je tiež nakonfigurovaný tak, aby zvyšoval cirkuláciu vody a soli v každom stupni. Malé cirkulácie vytvárané v novom systéme tímu sú podobné termohalinnej konvekcii v oceáne – javu, ktorý stojí za pohybom vody po celom svete na základe rozdielov v teplote mora (termo) a slanosti (haline). Srdcom novej konštrukcie tímu je jeden stupeň, ktorý pripomína tenkú škatuľu, zakončenú tmavým materiálom, ktorý účinne absorbuje slnečné teplo.

Vnútri je škatuľa rozdelená na hornú a dolnú časť. Voda môže prúdiť cez hornú polovicu, kde je strop obložený výparníkovou vrstvou, ktorá využíva slnečné teplo na ohrievanie a odparovanie všetkej vody v priamom kontakte. Vodná para sa potom odvádza do spodnej polovice škatule, kde kondenzačná vrstva vzduchom ochladzuje paru na pitnú vodu bez soli. Tím zostrojil niekoľko prototypov s jedným, tromi a desiatimi stupňami a testoval ich výkon vo vode s rôznou slanosťou vrátane prírodnej morskej vody a vody sedemkrát slanšej.

Na základe týchto testov výskumníci vypočítali, že keby sa každý stupeň zväčšil na jeden štvorcový meter, vyprodukoval by až 5 litrov pitnej vody za hodinu a systém by mohol odsoľovať vodu bez hromadenia soli niekoľko rokov. Vzhľadom na túto predĺženú životnosť a skutočnosť, že systém je úplne pasívny a na prevádzku nepotrebuje elektrickú energiu, tím odhaduje, že celkové náklady na prevádzku systému by boli lacnejšie ako náklady na výrobu vody z vodovodu v Spojených štátoch.

Zdroj: news.mit.edu.