Forskare vid University of Waterloo har konstruerat en energieffektiv anordning som producerar dricksvatten från havsvatten med hjälp av en avdunstningsprocess som till stor del drivs av solen.
Avsaltning är avgörande för många kust- och önationer för att ge tillgång till färskvatten, med tanke på vattenbrist på grund av snabb befolkningstillväxt och ökande global vattenförbrukning.
Omkring 2,2 miljarder människor världen över har inte tillgång till rent vatten, vilket understryker det akuta behovet av ny teknik för att generera färskvatten, enligt FN:s World Water Development Report 2024.
Nuvarande avsaltningssystem pumpar havsvatten genom membran för att separera salt från vatten, men denna process är energikrävande och salt ansamlas ofta på enhetens yta, vilket hindrar vattenflödet och minskar effektiviteten. Därför kräver dessa system ofta underhåll och kan inte fungera kontinuerligt.
För att lösa detta problem har Waterloo-forskare hämtat inspiration från den naturliga vattencykeln och skapat en anordning som speglar hur träd transporterar vatten från rötterna till bladen. Den nya tekniken kan kontinuerligt avsalta vatten utan behov av större underhåll. Studien är publicerad i Nature Communications.
”Vår inspiration kommer från att observera hur naturen upprätthåller sig själv och hur vatten avdunstar och kondenserar i miljön”, säger Dr. Michael Tam, professor vid Waterloos institution för kemiteknik.
”Det system vi har konstruerat får vatten att avdunsta, transporterar det till ytan och kondenserar det i en sluten cykel, vilket effektivt förhindrar ackumulering av salt som minskar enhetens effektivitet.”
Enheten är också soldriven och kan omvandla ca 93% av solen till energi, vilket är fem gånger bättre än dagens avsaltningssystem. Den kan också producera cirka 20 liter färskvatten per kvadratmeter, samma mängd som Världshälsoorganisationen rekommenderar att varje person behöver varje dag för grundläggande dricksvatten och hygien.
Forskargruppen, som inkluderar doktoranderna Eva Wang och Weinan Zhao, tillverkade enheten med hjälp av nickelskum belagt med en ledande polymer och värmesponerande pollenpartiklar.
Detta material absorberar solljus över hela solstrålningsspektrumet för att omvandla solens energi till värme. Ett tunt lager saltvatten på polymeren värms upp och transporteras uppåt, på samma sätt som vatten naturligt rör sig genom kapillärerna i träd.
När vattnet avdunstar rör sig det kvarvarande saltet till enhetens bottenlager, som ett backspolningssystem i en swimmingpool, vilket förhindrar eventuella vattenblockeringar och säkerställer en kontinuerlig drift.
Dr. Yuning Li, professor vid Waterloos institution för kemiteknik, hjälpte forskargruppen att generera solenergi för projektet genom att använda en soltestare för att mäta enhetens ljusinsamlingsegenskaper.
”Den här nya anordningen är inte bara effektiv utan också bärbar, vilket gör den idealisk för användning i avlägsna regioner där tillgången till färskvatten är begränsad”, säger Li. ”Den här tekniken erbjuder en hållbar lösning på den framväxande vattenkrisen.”
Framöver planerar Waterloo-forskarna att bygga en prototyp av sin enhet som kan sättas ut till havs för att testa tekniken i större skala.
”Om testet visar sig vara framgångsrikt kan tekniken på ett hållbart sätt förse kustsamhällen med färskvatten och bidra till FN:s mål för hållbar utveckling 3, 6, 10 och 12”, säger Tam.
För mer information: Yi Wang et al, Thermo-adaptive interfacial solar evaporation enhanced by dynamic water gating, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-50279-z
