Солнечное испарение на границе раздела фаз, локализующее преобразование солнечной энергии в тепловую на границе раздела пар-жидкость, обеспечивает новый подход к опреснению морской воды.
В разработке используется один из простейших способов удаления из воды солей, вредных веществ и микроорганизмов - дистилляция, то есть испарение жидкости с дальнейшей конденсацией водяного пара. Опреснитель представляет собой плавучий блок, способный эффективно собирать солнечную энергию и преобразовывать ее в тепловую, необходимую для ускорения парообразования.
В основе устройства лежит вспененный полиэтилен, обеспечивающий плавучесть и теплоизоляцию. Массив пенополиэтилена обернут нетканым материалом типа айрлайд, содержащим абсорбент. Аналогичное полотно используется для впитывания влаги в гигиенических изделиях. В опреснителе айрлайд служит для подъема воды к верхней части устройства, покрытой оксид-нитридом титана.
«В солнечной энергетике оксид-нитрид титана — стандартное покрытие для коммерческих продуктов, оно способно поглощать лучи солнца и широко используется в солнечных водонагревателях и в фотоэлектрических установках, — рассказывает Чао Чан, ведущий автор исследования. — У этого вещества коэффициент поглощения солнечной энергии высокий, а коэффициент теплового излучения — небольшой, поэтому оно эффективно превращает солнечную энергию в тепловую».
Для сбора создаваемого опреснителем водяного пара можно использовать любой конденсатор стандартной конструкции. Например, прозрачный контейнер с наклонной верхней поверхностью, на которой вода будет переходить в жидкое состояние и затем стекать по стенкам в приемник.
В ходе испытаний разработки эффективность всего процесса получения чистой воды с помощью солнечной энергии составила 46%. Это высокий показатель для опреснителя, так как у аналогичных моделей КПД обычно равен 30–40%.
Другое важное преимущество устройства — способность к длительной работе. Применяемый айрлайд препятствует скоплению соли на испаряющей поверхности, которое часто становится причиной снижения производительности подобных опреснителей, и кроме того может использоваться повторно до 30 раз.
Несмотря на обилие воды на Земле, питьевая пресной воды составляет около 3,5×108 м, 3что составляет всего 2,53% от общего объема мировых запасов воды. Для решения проблемы глобальной нехватки воды были предприняты многочисленные усилия по разработке новых передовых материалов и технологий для улучшения качества и производства пресной воды из морской и даже загрязненной воды. Современные технологии очистки воды в основном включают технологию очистки с помощью мембран обратного осмоса и технологию опреснения методом испарения. Однако обычные технологии очистки воды имеют сложную структуру, высокую стоимость, высокое потребление энергии и высокую стоимость обслуживания, что затрудняет их практическое применение, особенно в развивающихся странах. Солнечная энергия, как возобновляемый и чистый ресурс, применяется в солнечных водонагревателях, солнечных электростанциях и солнечных фотоэлектрических установках. Как правило, солнечная энергия может быть преобразована в электрическую с помощью фотоэлектрических процессов или тепловую энергию с помощью фототермических процессов. По сравнению с фотовольтаикой, технологии преобразования солнечной энергии в тепловые, в которых используются фототермические материалы для сбора солнечной энергии и преобразования ее в тепловую энергию, стали наиболее прямым способом подачи энергии и привода турбин во многих важных промышленных процессах. Недавно технология межфазного испарения с использованием солнечной энергии, которая локализует преобразование солнечной энергии в тепловую на границе раздела пар-жидкость, была предложена в качестве потенциального способа снижения тепловых потерь и повышения эффективности преобразования солнечной энергии в тепловую.
