Solární odsolování má být jednodušší
Vědci z Massachusettského technologického institutu (MIT) se prvotně zabývali problematikou usazování soli v přístrojích během již zavedených postupů při odsolování vody. V průběhu toho ale přišli na zcela nový, jednodušší a levnější způsob. Jejich metody se dá navíc využít i při ošetřování odpadní vody anebo získávání páry na sterilizaci lékařských nástrojů, aniž by k tomu bylo zapotřebí jiného zdroje energie než slunečního světla.
„V minulých letech jsme se dočkali celé řady technologií na velmi vysoké úrovni, jejichž prostřednictvím bylo možné na základě solární evaporace vydělovat sůl z vody,“ říká profesorka Evelyn Wangová z týmu objevitelů nového postupu. „Problémem vždycky bylo, že sůl zanášela používané přístroje, a nikdo se tomu příliš nevěnoval. Dostávali jsme tudíž čísla vypovídající o velice příznivých výsledcích, ale už se nikdy nemluvilo o tom, jak jsou limitované omezenou životností, kterou způsobovalo právě zanášení solí,“ vysvětluje. „Přístroje byly během relativně krátké doby úplně nepoužitelné.“
Bez knotu
Mnohé z pokusů o vytvoření solárního odsolovacího systému spoléhaly na nějaký druh knotu, který se – nasáklý slanou vodou – protahoval odsolovacím zařízením. V těchto knotech se ale hromadí sůl a je poměrně náročné je vyčistit. Tým odborníků z MIT se proto soustředil na vývoj systému, který by ke svému provozu žádné knoty nepotřeboval. Výsledkem je vrstvený systém, kdy tmavý materiál na povrchu absorbuje sluneční teplo. Pod ním je tenká vrstva vody nad vrstvou perforovaného materiálu umístěného na hluboké nádrži se slanou vodou. Po pečlivém počítání a nesčetných pokusech výzkumníci určili optimální velikost otvorů v perforovaném polyuretanovém materiálu. Při průměru 2,5 milimetru mohou být tyto otvory vytvořeny běžně dostupnými vodními injektory. Taková velikost otvorů také umožňuje plynulou cirkulaci vody mezi teplejší, svrchní vrstvou a studenější nádrží pod ní. Tato cirkulace přirozeně vtahuje sůl z horní vrstvy dolů do mnohem většího objemu vody pod perforovanou přehrádkou, kde se výrazně zředí a už nepředstavuje žádný problém. „Je to velice jednoduché a efektivní a už nedochází k žádnému hromadění soli,“ vysvětluje Evelyn Wangová, která je profesorkou inženýrství a vedoucí oddělení mechanického inženýrství na MIT. Její kolega Xianyu Li potvrzuje, že výhodami tohoto systému jsou jak vysoká efektivita, tak spolehlivost celé operace, při níž se dá pracovat s téměř nasyceným solným roztokem. „To také znamená, že je možné tento způsob využívat při čištění odpadní vody.“
„Většina výzkumů v oblasti solárního odsolování se zaměřuje na nejrůznější inovativní materiály,“ vysvětluje. „My ale používáme levné materiály, které v podstatě můžete najít v běžné domácnosti. V našem případě proto bylo klíčové analyzovat a porozumět konvektivnímu proudění, které celý tento pasivní systém pohání,“ popisuje. „Lidé vždycky říkají, jak je zapotřebí nových a drahých materiálů a komplikovaných struktur anebo knotů, aby to fungovalo. A já věřím, že náš systém je první, který se bez toho všeho obejde.“
„Stejně jako horký vzduch stoupá a studený vzduch klesá,“ vysvětluje Lenan Zhangová, studentka na MIT, která se na výzkumu podílela, „je i odsolovací proces v tomto zařízení veden přirozeným prouděním. V oddělené vrstvě vody navrchu dochází na hladině, kde je větší hustota vody než ve spodní vrstvě, k odpařování. To je původní hybná síla tohoto přirozeného proudění, neboť vyšší hustota v horní vrstvě žene slanou tekutinu dolů. Voda, která se na povrchu systému odpařuje, pak může být zachycována na nějakém kondenzačním povrchu a využívána coby čistá, čerstvá voda.“
Proudění soli do spodních vrstev vody může také způsobovat tepelné ztráty. Aby se tomu zabránilo, bylo potřeba vyrobit perforovanou podložku oddělující svrchní vrstvu vody od spodní nádrže ze silně izolujícího materiálu, aby se teplo udrželo nahoře. Solární zahřívání na vrchu je zabezpečeno velmi jednoduše – vrstvou černé barvy.
