Μια νέα ανακάλυψη στην ηλιακή αφαλάτωση μετατρέπει το θαλασσινό νερό σε πόσιμο νερό, ενώ εξαλείφει τα απόβλητα άλμης και ανακτά πολύτιμα ορυκτά (SciTechDaily)
Δισεκατομμύρια άνθρωποι σε όλο τον κόσμο εξακολουθούν να μην έχουν αξιόπιστη πρόσβαση σε ασφαλές πόσιμο νερό.
Σύμφωνα με τα Ηνωμένα Έθνη, περίπου 2,2 δισεκατομμύρια άνθρωποι δεν διαθέτουν υπηρεσίες ασφαλούς διαχείρισης πόσιμου νερού. Για να καλυφθεί η αυξανόμενη ζήτηση, πολλές περιοχές, συμπεριλαμβανομένης της Καλιφόρνιας και τμημάτων της Μέσης Ανατολής, βασίζονται σε μονάδες αφαλάτωσης που μετατρέπουν το θαλασσινό νερό σε γλυκό νερό.
Ωστόσο, οι συμβατικές μέθοδοι αφαλάτωσης, όπως η αντίστροφη όσμωση και η θερμική απόσταξη, έχουν σημαντικά μειονεκτήματα.
Καταναλώνουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας, συχνά απαιτούν χημικές επεξεργασίες πριν και μετά την επεξεργασία και παράγουν εξαιρετικά συμπυκνωμένη άλμη.
Όταν αυτό το υποπροϊόν υψηλής αλατότητας απορρίπτεται πίσω στη θάλασσα, μπορεί να βλάψει τα θαλάσσια οικοσυστήματα αυξάνοντας την αλατότητα και μειώνοντας το οξυγόνο στο περιβάλλον νερό.
Ερευνητές στο University of Rochester έχουν πλέον αναπτύξει μια νέα προσέγγιση που θα μπορούσε να αντιμετωπίσει πολλές από αυτές τις προκλήσεις.
Το ηλιακά τροφοδοτούμενο σύστημα αφαλάτωσης που δημιούργησαν παράγει γλυκό νερό αποδοτικά, δεν δημιουργεί υγρά απόβλητα άλμης και δεν απαιτεί χημικά πρόσθετα για την προεπεξεργασία του νερού.
Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον Chunlei Guo, καθηγητή οπτικής και φυσικής και ανώτερο επιστήμονα στο Laboratory for Laser Energetics του University of Rochester, περιέγραψε την τεχνολογία στο περιοδικό Light: Science & Applications.
(Στο εργαστήριο του καθηγητή Chunlei Guo στο University of Rochester, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια συσκευή ηλιακής αφαλάτωσης που διαθέτει μαύρο μέταλλο με υπερ-τριχοειδή δράση (superwicking), χαραγμένο με λέιζερ. Πρόκειται για μια τεχνολογία που παράγει γλυκό νερό από θαλασσινό, ενώ ταυτόχρονα συλλέγει άλατα και ορυκτά αντί να δημιουργεί επιβλαβή απόβλητα άλμης. Πίστωση: φωτογραφία University of Rochester / J. Adam Fenster)
Ηλιακή αφαλάτωση με επεξεργασμένο από λέιζερ μέταλλο
Το σύστημα βασίζεται σε ειδικά ηλιακά πάνελ από μαύρο μέταλλο που έχει υποστεί υφή μέσω υπερταχέων λέιζερ φεμτοδευτερολέπτων. Αυτή η διαδικασία δίνει στην επιφάνεια δύο σημαντικές ιδιότητες.
Γίνεται εξαιρετικά απορροφητική στο ηλιακό φως και εξαιρετικά ελκτική στο νερό, ιδιότητα γνωστή ως υπερ-τριχοειδής δράση (superwicking).
Μια ενεργή περιοχή του πάνελ, επεξεργασμένη με λέιζερ, τραβά ένα λεπτό στρώμα θαλασσινού νερού πάνω στην επιφάνειά της.
Το υλικό απορροφά σχεδόν όλη την εισερχόμενη ηλιακή ενέργεια, θερμαίνει το νερό και προκαλεί εξάτμιση. Καθώς το νερό αποστάζεται, τα διαλυμένα άλατα και ορυκτά μετακινούνται μακριά από την ενεργή περιοχή και εναποτίθενται σε μη επεξεργασμένες ζώνες του πάνελ που ονομάζονται παθητική περιοχή.
Κατευθύνοντας το αλάτι μακριά από τη ζώνη εξάτμισης, το σύστημα αποτρέπει τη συσσώρευση που διαφορετικά θα μπορούσε να εμποδίσει τη συνεχή παραγωγή γλυκού νερού.
Χρήση του φαινομένου «δακτυλίου καφέ» για αποφυγή φραγής
Ο Guo σημειώνει ότι αρκετές τεχνολογίες ηλιακής θερμικής αφαλάτωσης έχουν δείξει πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα σε εργαστηριακά πειράματα με απλοποιημένο θαλασσινό νερό που αποτελείται από νερό και χλωριούχο νάτριο.
Σε εκείνες τις δοκιμές, το χλωριούχο νάτριο σχηματίζει πορώδεις, κοκκώδεις κρυστάλλους καθώς το νερό εξατμίζεται. Το νερό μπορεί να συνεχίσει να ρέει μέσα από αυτές τις δομές, επιτρέποντας στο αλάτι να διαλυθεί ξανά, και τα πάνελ καθαρίζονται σχετικά εύκολα.
Το πραγματικό θαλασσινό νερό είναι πολύ πιο πολύπλοκο.
Εκτός από το χλωριούχο νάτριο, το θαλασσινό νερό περιέχει ένα ευρύ φάσμα διαλυμένων ορυκτών. Ενώσεις μαγνησίου και ασβεστίου, για παράδειγμα, συχνά κρυσταλλώνονται σε πυκνές, κρουστικές επικαθίσεις που μπλοκάρουν τη ροή του νερού.
Με την πάροδο του χρόνου, αυτές οι επικαθίσεις μπορούν να φράξουν τις επιφάνειες αφαλάτωσης και να σταματήσουν τη διαδικασία.
Το ίδιο φαινόμενο συμβαίνει στην καθημερινή ζωή όταν σχηματίζονται αποθέσεις ορυκτών μέσα σε μια κεφαλή ντους ή δημιουργείται άλατα σε ένα βραστήρα. Το θαλασσινό νερό απλώς περιέχει πολύ υψηλότερες συγκεντρώσεις διαλυμένων αλάτων.
Για να αντιμετωπίσει αυτό το πρόβλημα, η ομάδα του Rochester κατασκεύασε μικροσκοπικές αυλακώσεις στην επιφάνεια του μαύρου μετάλλου. Ο σχεδιασμός ενθαρρύνει τα άλατα και τα ορυκτά να μετακινούνται μακριά από τις κρίσιμες περιοχές λειτουργίας αντί να συσσωρεύονται εκεί.
Οι ερευνητές αξιοποίησαν επίσης μια γνωστή φυσική διεργασία, γνωστή ως φαινόμενο δακτυλίου καφέ.
«Αν ρίξεις καφέ σε μια επιφάνεια, τελικά το νερό εξατμίζεται και μένει ένας δακτύλιος από τα σωματίδια του καφέ στην άκρη», λέει ο Guo. «Χρησιμοποιούμε την ίδια αρχή για να μετακινήσουμε τα άλατα στην παθητική περιοχή».
Όταν δοκιμάστηκε με θαλασσινό νερό από τον Ειρηνικό, τον Ατλαντικό και τον Ινδικό Ωκεανό, το σύστημα παρήγαγε συνεχώς γλυκό νερό ενώ κατεύθυνε αυτόματα τα άλατα προς την παθητική περιοχή.
Αυτή η αυτοκαθαριζόμενη συμπεριφορά διατήρησε την απόδοση και επέτρεψε τη συλλογή των αλάτων χωρίς μείωση της αποτελεσματικότητας.
Μετατροπή των αποβλήτων άλατος σε πολύτιμους πόρους
Ένα από τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας είναι ότι δεν παράγει υγρή άλμη.
Αντίθετα, σχεδόν όλα τα διαλυμένα άλατα ανακτώνται σε στερεή μορφή. Αυτά τα υλικά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως πηγή επιτραπέζιου αλατιού ή ως πρώτη ύλη για την ανάκτηση πιο πολύτιμων στοιχείων.
Μεταξύ των πιο υποσχόμενων στόχων είναι το λίθιο, ένα κρίσιμο συστατικό στις μπαταρίες ιόντων λιθίου που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικά οχήματα και πολλές ηλεκτρονικές συσκευές.
Σε μια σχετική μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Journal of Materials Chemistry A, ο Guo και οι συνεργάτες του έδειξαν ότι τα ίδια ηλιακά πάνελ με υπερ-τριχοειδή δράση μπορούν επίσης να βοηθήσουν στον διαχωρισμό του λιθίου από άλλα άλατα κατά την αφαλάτωση.
Οι ερευνητές ενσωμάτωσαν νανοσωματίδια υδρογονικού τιτανίου στις μικροσκοπικές αυλακώσεις της μαύρης μεταλλικής επιφάνειας. Αυτά τα σωματίδια δεσμεύουν επιλεκτικά το λίθιο αφήνοντας τα υπόλοιπα άλατα.
«Η εξόρυξη λιθίου από τη γη έχει αποδειχθεί πολύ επιβαρυντική από ενεργειακή και περιβαλλοντική άποψη, οπότε η άντληση λιθίου απευθείας από το θαλασσινό νερό θα μπορούσε να αποτελέσει μια πολύ σημαντική μελλοντική οδό», λέει ο Guo.
Χρησιμοποιώντας δείγματα νερού από τη Great Salt Lake της Γιούτα, η ομάδα ανέκτησε περίπου το 50% του λιθίου που περιείχε το μείγμα αλάτων που έμεινε μετά την αφαλάτωση.
Πιθανή λύση για προκλήσεις νερού και πρώτων υλών
Αν και η τεχνολογία έχει μέχρι στιγμής δοκιμαστεί σε μικρές πειραματικές διατάξεις, ο Guo πιστεύει ότι μπορεί να κλιμακωθεί για μεγαλύτερες εφαρμογές.
Αν επεκταθεί επιτυχώς, η προσέγγιση θα μπορούσε να βοηθήσει στην αύξηση της πρόσβασης σε πόσιμο νερό παγκοσμίως, ενώ ταυτόχρονα θα δημιουργεί μια πιο βιώσιμη πηγή σημαντικών ορυκτών όπως το λίθιο.
(Πηγές: «Αφαλάτωση με ηλιακή θερμική διεργασία χωρίς πρόσθετα και χωρίς εκροή άλμης, με ταυτόχρονη πλήρη εξόρυξη ορυκτών από το θαλασσινό νερό» των Luheng Tang, Subhash C. Singh, Ran Wei, Tianshu Xu και Chunlei Guo, 27 Μαΐου 2026, Light: Science & Applications.
DOI: 10.1038/s41377-026-02315-4 και «Ταχεία εξαγωγή λιθίου μέσω ηλιακής θερμικής διεπιφανειακής εξάτμισης με μηδενική υγρή εκροή» των Luheng Tang, Subhash C. Singh, Mingjiang Ma και Chunlei Guo, 13 Φεβρουαρίου 2026, Journal of Materials Chemistry A.
DOI: 10.1039/D5TA08968A)
www.worldenegynews.gr
