Как использованные шины помогут решить проблему глобальной нехватки воды

Отсутствие доступа к чистой питьевой воде является глобальной проблемой, однако недорогое портативное устройство для опреснения воды, работающее на солнечной энергии, разработанное учёными из Университета Далхаузи (Канада), может помочь в борьбе с нехваткой воды в развивающихся странах или отдаленных районах.

Есть много факторов, которые делают устройство команды Далхаузи уникальным. Но главной особенностью является то, что ключевым материалом для его изготовления стали использованные автомобильные шины.

Результаты испытаний плавучего солнечного опреснителя, способного как опреснять воду, так и вырабатывать термоэлектричество, были недавно опубликованы в журнале открытого доступа iScience.

Идея создания солнечного опреснителя возникла в результате изучения огнеупорной плазмоники — области, которая занимается разработкой термически и химически стабильных наноматериалов, способных особым образом управлять светом в суровых условиях.

«Тугоплавкие плазмонные наноматериалы очень хорошо улавливают свет и преобразуют его в тепло», — говорит доктор Мита Дасог, доцент кафедры химии Университета Далхаузи, чья исследовательская группа изучает потенциальные возможности применения этой технологии. 

Доктор Дасог был ведущим автором статьи в журнале iScience. Другие авторы работы — доктор Мэтью Марджесоном и бывший член студенческой лаборатории Марк Этвуд. Будучи аспирантом, доктор Марджесон разработал концепцию и прототип плавучего дистиллятора с целью преодоления проблем, с которыми сталкивались предыдущие конструкции, таких как минимизация тепловых потерь, предотвращение накопления соли и устойчивость к ветру, волнам и изменяющимся погодным условиям.

После помещения устройства в воду результаты можно увидеть практически мгновенно. Система капиллярного впитывания доставляет океанскую воду на пенную поверхность устройства, где она испаряется с помощью плазмонных материалов, нагреваемых солнцем. Вода конденсируется на прозрачном пластиковом куполе над верхней частью устройства и стекает по сторонам, где она собирается в герметичном пакете.

Реальные испытания в гавани Галифакса показали ежедневный выход воды до 3,67 литров, рекордный объем для пассивного плавающего солнечного опреснителя. Опреснитель может одновременно опреснять, дезинфицировать и обеззараживать воду по цене менее одного цента за литр, что делает устройство невероятно экономичным.

«Максимальное использование солнечного света означает, что наш плазмонный солнечный дистиллятор может генерировать большие объемы воды, сохраняя при этом простую конструкцию», — говорит доктор Марджесон. «Здорово продемонстрировать эффективность дистиллятора в реальном масштабе и доказать, что этот тип устройства имеет потенциал для доставки пресной воды в места, которые в ней отчаянно нуждаются».

Устройство также можно модифицировать для генерации небольшого количества термоэлектричества, которого, по мнению докторов Дасога и Марджесона, будет достаточно для работы бортовых датчиков качества воды.

Наиболее часто используемые плазмонные материалы — это драгоценные металлы, такие как золото и серебро, которые обладают высокой производительностью, но дороги. Для того, чтобы солнечный опреснитель широко использовался в развивающихся странах, его необходимо изготавливать из широко распространенных материалов, которые не повлияют на производительность.

Для эффективной замены драгоценных металлов было предложено использовать  пиролитический уголь, получаемый из углеродных отходов при высоких температурах без кислорода, который может быть включен в плазмонные карбиды титана. В плавающем опреснителе тонкий как бумага слой этого материала находится на поверхности устройства, защищая его от холодной океанской воды и помогая максимизировать локализацию тепла.

Были получены и протестированы различные типы углеродных отходов, включая кофейную гущу, панцири омаров и отходы березовой древесины, при этом резина из покрышек оказалась наилучшим вариантом, как подробно описано в другой недавней исследовательской работе.

Учитывая, что шины не поддаются биологическому разложению, разлагаются на свалках сотни лет и имеются в изобилии по всему миру, они представляют собой уникальную возможность для переработки.

Следующим летом исследователи планируют провести дальнейшие испытания в Южной Азии, надеясь, что в конечном итоге устройство станет доступным по всему миру.

На фотографии: Доктор Мэтью Марджесон проводит испытание опреснительного устройства, которое он спроектировал и разработал в лаборатории Dasog Lab в Университете Далхаузи.

Источник