Новое устройство превращает воду в перегретый пар с помощью солнечной энергии

В тёплом климате опреснитель можно разместить прямо на крыше здания.

Фото Thomas Cooper et al.

Конструкция состоит из трёх слоёв, причём материал каждого выполняет отдельную функцию.

Фото Thomas Cooper.

Простая и недорогая система концентрирует энергию солнца, превращая воду в пар температурой выше 120 °С. Новинка пригодится при опреснении воды или стерилизации предметов.

Устройство описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Communications группой во главе с Ганом Ченом (Gang Chen) из Массачусетского технологического института (MIT).

Идея новинки проста: превратить солнечный свет в инфракрасное излучение (ИК-волны). Как известно, вода практически прозрачна для света, так что он не может эффективно её нагреть. А вот ИК-волны быстро поглощаются водой, проникая, впрочем, не глубже чем на 0,1 миллиметра. Этот тонкий слой нагревается и испаряется. На смену ему приходит слой, лежащий ниже, и цикл повторяется.

"Это полностью пассивная система: вы просто оставляете её на улице, чтобы она поглощала солнечный свет", – объясняет первый автор статьи Томас Купер (Thomas Cooper).

Конструкция напоминает габаритами обыкновенный планшет. В отличие от предыдущих моделей, которые разрабатываются группой Чена с 2014 года, она подвешивается над сосудом с водой, а не плавает по её поверхности. Поэтому новинку можно использовать для дистилляции морской или загрязнённой воды: примеси не оседают на ней и не выводят её тем самым из строя.

Конструкция состоит из трёх слоёв, причём материал каждого выполняет отдельную функцию.
Конструкция состоит из трёх слоёв, причём материал каждого выполняет отдельную функцию.
Фото Thomas Cooper.

Верхний слой устройства состоит из металлокерамического композита, который эффективно поглощает солнечный свет. Образовавшееся тепло он передаёт среднему слою, представляющему собой углеродную "губку", пронизанную порами. От неё в свою очередь нагревается нижний слой, изготовленный из специального материала. Он испускает эту энергию в виде инфракрасного излучения, нагревающего воду.

Образующийся пар обволакивает конструкцию и проникает в пористый средний слой. Там он дополнительно нагревается выше 100 °С и отводится по специальной трубке.

Вся установка заключена в теплоизолирующий полимерный корпус.

Сначала исследователи испытали устройство в лаборатории. Специальная лампа создавала световой поток, характерный для ясного осеннего дня в Массачусетсе. (Здесь уместно вспомнить, что столица этого штата расположена южнее Ялты, хотя по меркам США это самый настоящий север).

В этих условиях установка генерировала пар, разогретый до 122 °С. Тогда инженеры усилили интенсивность света в 1,7 раза (при солнечном освещении такого эффекта можно добиться с помощью небольшого вогнутого зеркала). Это позволило поднять температуру пара до 144 °С.

Установка была испытана в ясный день 17 октября 2017 года на крыше одного из зданий MIT. При помощи уже упомянутого зеркала она в течение трёх с половиной часов продуцировала пар горячее 146 °С. Также она успешно справилась с дистилляцией морской и загрязнённой воды.

По расчётам исследователей, их детище можно масштабировать так, чтобы снабжать пресной водой одну семью или стерилизовать инструменты в одной операционной.

Дополнительным плюсом конструкции является тот факт, что полученный пар собирается практически без утечек.

"Этот дизайн действительно решает проблему загрязнения [поверхности установки] и сбора пара, – говорит Чен. – Сейчас мы стремимся сделать его более эффективным и улучшить систему. Существуют разные возможности, и мы исследуем, какие из них лучше всего использовать".