По оценкам ФАО, к 2025 году почти 2 миллиарда человек могут не иметь достаточного количества питьевой воды для удовлетворения своих повседневных потребностей. Одним из возможных решений этой проблемы является опреснение, а именно обработка морской воды, чтобы сделать ее пригодной для питья. Однако удаление соли из морской воды требует от 10 до 1000 раз больше энергии, чем традиционные методы снабжения пресной водой, а именно откачка воды из рек или колодцев.
Вдохновленная этой проблемой, группа инженеров из Департамента энергетики Туринского политехнического университета разработала новый прототип экологически безопасного и экономичного опреснения морской воды с более эффективным использованием солнечной энергии. По сравнению с предыдущими решениями разработанная технология фактически способна удвоить количество воды, производимой при заданной солнечной энергии, и в ближайшем будущем ее эффективность может быть улучшена. В группу молодых исследователей, недавно опубликовавших эти результаты в журнале Nature Sustainability, входят Элиодоро Кьяваццо, Маттео Морчиано, Франческа Виглино, Маттео Фазано и Пьетро Азинари (лаборатория многомасштабного моделирования).
Принцип работы предлагаемой технологии очень прост: «Вдохновленный растениями, которые переносят воду от корней к листьям за счет капиллярности и транспирации, наше плавучее устройство способно собирать морскую воду с использованием недорогого пористого материала, таким образом избегая использования дорогих и громоздких насосов. Собранная морская вода затем нагревается солнечной энергией, что поддерживает отделение соли от испаряющейся воды. Этот процесс может быть облегчен с помощью мембран, вставленных между загрязненной и питьевой водой, чтобы избежать их смешивания, аналогичным образом некоторым растениям, способным выжить в морской среде (например, мангровым зарослям), - объясняют Маттео Фазано и Маттео Морчиано.
В то время как обычные «активные» технологии опреснения воды требуют дорогостоящих механических или электрических компонентов (таких как насосы и/или системы управления) и требуют специализированных технических специалистов для установки и обслуживания, подход к опреснению, предложенный командой Туринского политехнического университета, основан на самопроизвольных процессах, протекающих без помощи вспомогательных механизмов, и поэтому может быть отнесена к «пассивной» технологии. Все это делает устройство изначально недорогим и простым в установке и ремонте. Последние особенности особенно привлекательны в приморских регионах, страдающих от хронической нехватки питьевой воды и еще не охваченных централизованной инфраструктурой и инвестициями.
До сих пор общеизвестным недостатком «пассивных» технологий опреснения воды была низкая энергоэффективность по сравнению с «активными». Исследователи из Туринского политехнического университета творчески подошли к этому препятствию: «В то время как предыдущие исследования были сосредоточены на том, как максимизировать поглощение солнечной энергии, мы переключили внимание на более эффективное управление поглощенной солнечной тепловой энергией. Таким образом, мы смогли достичь рекордных значений производительности до 20 литров питьевой воды в день на квадратный метр, подвергающийся воздействию солнца. Причиной повышения производительности является «рециркуляция» солнечного тепла в нескольких каскадных процессах испарения в соответствии с философией «делать больше с меньшими затратами». Технологии, основанные на этом процессе, обычно называют «мультиэффектными», и здесь мы приводим первое доказательство того, что эта стратегия может быть очень эффективной и для «пассивных» технологий опреснения».
После более чем двухлетней разработки прототипа и его испытаний непосредственно в Лигурийском море (Варацце, Италия) инженеры Политехнического университета утверждают, что эта технология может оказать влияние на изолированные прибрежные районы с небольшим количеством питьевой воды, но с большим количеством солнечной энергии. энергетики, особенно в развивающихся странах. Кроме того, технология особенно подходит для обеспечения безопасной и недорогой питьевой водой в чрезвычайных ситуациях, например, в районах, пострадавших от наводнений или цунами и оставшихся изолированными на несколько дней или недель от электросети и акведука. Еще одно предполагаемое применение этой технологии - плавучие сады для производства продуктов питания, интересный вариант, особенно в перенаселенных районах. Исследователи, которые продолжают работать над этой проблемой в Центре чистой воды Туринского политехнического университета, сейчас ищут возможных промышленных партнеров, чтобы сделать прототип более надежным, масштабируемым и универсальным. Например, инженерные версии устройства могут использоваться в прибрежных районах, где чрезмерная эксплуатация подземных вод приводит к попаданию соленой воды в пресноводные водоносные горизонты (особенно серьезная проблема в некоторых районах Южной Италии), или могут обрабатывать воды, загрязненные промышленными или промышленными объектами. горнодобывающие предприятия.