Vedci našli spôsob, ako z morskej vody vyrábať pitnú vodu bez slaného odpadu. Zvyšnú soľ dokonca dokážu využiť
Vedci vyvinuli nový spôsob odsoľovania morskej vody, ktorý nezanecháva tekutú soľanku. Soľ zachytí v pevnej forme a dokáže z nej získať aj lítium.
Nedostatok pitnej vody trápi čoraz viac regiónov sveta a odsoľovanie morskej vody už dnes patrí medzi dôležité spôsoby, ako tento problém riešiť. Bežné technológie však prinášajú aj nepríjemnú stránku. Po oddelení sladkej vody totiž zostane koncentrovaná slaná voda, takzvaná soľanka, ktorú treba ďalej spracovať alebo vypustiť späť do mora.
Výskumníci z University of Rochester teraz navrhli systém, ktorý chce tento problém vyriešiť iným spôsobom. Namiesto vytvorenia tekutého odpadu zachytí soli priamo v pevnej forme. Navyše nepotrebuje chemické látky na predúpravu vody a energiu získava zo slnečného žiarenia.
Za technológiou stojí tím okolo profesora Chunleiho Guoa z Institute of Optics na University of Rochester. Výsledky výskumu publikoval odborný časopis Light: Science & Applications.
Čierny kov má na povrchu špeciálne drážky
Základ systému tvorí kovový panel s čiernym povrchom, ktorý vedci upravili pomocou femtosekundového lasera. Laser vytvoril na kove mimoriadne jemnú štruktúru, vďaka ktorej povrch veľmi účinne absorbuje slnečné žiarenie a zároveň priťahuje vodu. Panel má aktívnu a pasívnu časť. V aktívnej oblasti sa vytvorí veľmi tenká vrstva vody, ktorá sa po povrchu presunie pôsobením špeciálne navrhnutých drážok. Slnečné žiarenie následne vodu zahreje a odparí.
Soľ a ďalšie minerály však vedci nenechali usadiť priamo na mieste, kde prebieha odsoľovanie. Špeciálna štruktúra povrchu ich nasmeruje do bočnej, pasívnej časti panela.
Neprehliadni
Tým sa vyrieši jeden z najväčších problémov solárneho odsoľovania. Soľ totiž môže postupne vytvoriť hrubú vrstvu, ktorá upchá povrch a zabráni ďalšiemu prechodu vody. Pri skutočnej morskej vode je tento problém ešte výraznejší. Neobsahuje totiž iba chlorid sodný, teda bežnú soľ. Nachádzajú sa v nej aj zlúčeniny horčíka, vápnika a množstvo ďalších minerálov. Tie môžu vytvoriť tvrdé nánosy podobné vodnému kameňu.
Vedci využili aj efekt, ktorý poznáš z kávy
Výskumníci pri návrhu systému využili aj takzvaný coffee ring effect, teda efekt kávového krúžku. Ak kvapneš kávu na povrch a necháš ju vyschnúť, tekutina sa postupne odparí a častice kávy zostanú koncentrované najmä na okraji škvrny. Podobný princíp vedci využili pri soli. Namiesto toho, aby sa minerály rovnomerne rozložili po celom aktívnom povrchu, špeciálne drážky ich nasmerujú do oblasti, kde už neprekážajú procesu odsoľovania.
„Ak kvapneš kávu na povrch, voda sa napokon odparí a na vonkajšom okraji zostane prstenec koncentrovaných častíc kávy. Rovnaký princíp využívame na presun solí do pasívnej oblasti,“ vysvetlil Chunlei Guo.
Výsledok následne overili na skutočných vzorkách vody z Tichého, Atlantického aj Indického oceánu. Systém pri testoch oddelil sladkú vodu a zároveň nasmeroval zostávajúce soli do pasívnej časti panela. Povrch tak podľa výskumníkov získal vlastnosť, ktorú pri odsoľovaní potrebujú obzvlášť, a to samočistenie.
Namiesto odpadu vznikne surovina
Práve tu sa nový systém odlišuje od klasických metód. Pri reverznej osmóze alebo tepelnej destilácii vznikne okrem sladkej vody aj koncentrovaná soľanka. Jej vypúšťanie späť do mora môže zvýšiť lokálnu koncentráciu soli a znížiť množstvo kyslíka vo vode, čo môže poškodiť morské ekosystémy. Nový prístup chce soľ zachytiť v pevnej podobe. Výskumníci podľa výsledkov experimentov získali takmer 100 percent solí obsiahnutých v testovanej vode.
To otvára ešte jednu zaujímavú možnosť. Soľ totiž nemusí skončiť ako odpad. Môže poslúžiť ako surovina a pri vhodnom spracovaní z nej možno získať aj cennejšie minerály. Jedným z nich je lítium, ktoré patrí medzi kľúčové materiály pre lítium-iónové batérie v elektromobiloch, smartfónoch, notebookoch či ďalšej elektronike. Výskumníci preto vytvorili aj upravenú verziu systému, ktorá dokáže lítium oddeliť od ostatných solí. Do drobných drážok na čiernom kove vložili nanočastice hydrogen titanátu. Tie pomohli selektívne zachytiť lítium.
Pri experimente s vodou z Veľkého soľného jazera v Spojených štátoch takto získali približne 50 percent lítia obsiahnutého v soli, ktorá zostala po odsoľovaní.
„Ťažba lítia zo Zeme si z energetického aj environmentálneho hľadiska vyžiadala vysokú záťaž. Získavanie lítia priamo zo slanej vody preto môže v budúcnosti predstavovať veľmi dôležitú cestu,“ uviedol Guo.
Zatiaľ ide o technológiu v menšom meradle
Výsledky znejú zaujímavo najmä preto, že systém rieši dva problémy naraz. Prvým je získanie sladkej vody z morskej vody a druhým likvidácia koncentrovanej soli. Výskumníci však zatiaľ nepredstavili obrovskú odsoľovaciu elektráreň, ktorá by touto metódou zásobovala celé mesto. Technológiu demonštrovali na zariadeniach menšieho rozsahu a ďalší vývoj preto rozhodne zostáva potrebný.
Dôležitou otázkou bude najmä škálovanie. Pri veľkom zariadení treba zabezpečiť dostatočný prísun slnečnej energie, dlhodobú životnosť laserom upravených panelov a efektívny zber oddelenej soli. Významnú úlohu zohrá aj cena výroby takýchto špeciálne štruktúrovaných kovových povrchov.
Ak sa tieto prekážky podarí zvládnuť, technológia by mohla dostať z morskej vody nielen pitnú vodu, ale aj využiteľné minerály. Práve spojenie odsoľovania so získavaním surovín môže byť zaujímavé v oblastiach, kde sa súčasne rieši nedostatok vody aj rastúci dopyt po materiáloch pre batérie.
