Ученые из Рочестерского университета разработали технологию опреснения морской воды, которая работает на солнечной энергии, не производит токсичных отходов и позволяет извлекать из солевого остатка ценные минералы, в том числе литий. Исследование опубликовано в журнале Light: Science & Applications.
Существующие методы опреснения, такие как обратный осмос или термическая дистилляция, энергозатратны и образуют концентрированный солевой раствор – рапу. Когда ее сбрасывают в океан, это вредит морским экосистемам. Кроме того, на опреснительных установках со временем образуется твердая накипь, которая снижает их эффективность.
В новой системе используются панели из черного металла, поверхность которых обработали фемтосекундным лазером. Такая обработка создает микроструктуры, которые почти полностью поглощают солнечный свет и придают металлу супергидрофильные свойства – вода растекается по нему тончайшей пленкой.
Когда морская вода попадает на панель, она быстро нагревается от солнца и испаряется. Оставшиеся соли и минералы не оседают на рабочей поверхности, а сдвигаются к ее краям. В этом процессе инженеры использовали так называемый «эффект кофейного кольца», при котором взвешенные частицы во время высыхания капли концентрируются по ее периметру. Благодаря этому панель самоочищается и сохраняет высокую эффективность. Технологию успешно испытали на образцах воды из Тихого, Атлантического и Индийского океанов.
Важное преимущество метода в том, что он не производит жидкую рапу. Вместо этого система извлекает всю соль в твердом виде, и этот остаток можно не утилизировать, а использовать. В отдельном исследовании ученые показали, как из него добывать литий – ключевой металл для производства аккумуляторов. Для этого в микроканавки на панели встроили наночастицы титаната водорода, которые избирательно связывают ионы лития. В экспериментах с водой из Большого Солёного озера им удалось извлечь около 50% содержавшегося в ней металла.
Технология пока находится на ранней стадии, но, по словам разработчиков, легко масштабируется. В перспективе она поможет решить две задачи: обеспечит людей пресной водой и станет экологичным источником ценных минералов. Это снизит нагрузку на окружающую среду как от традиционной добычи полезных ископаемых, так и от опреснения.
