Πόσιμο νερό από τη θάλασσα: Εφικτό χάριν σε αυτό το αεροτζέλ και τον ήλιο

Παρότι ο πλανήτης μας φαίνεται να κατακλύζεται από νερό, μόλις ένα ελάχιστο ποσοστό αυτού είναι κατάλληλο για κατανάλωση. Περίπου το 71% της Γης καλύπτεται από νερό, όμως το 97% βρίσκεται στους ωκεανούς, δηλαδή είναι αλμυρό και μη πόσιμο. Το υπόλοιπο 3% είναι γλυκό νερό, αλλά μεγάλο μέρος του είναι εγκλωβισμένο σε παγετώνες. Αυτό αφήνει μόνο το 0,3% διαθέσιμο για καθημερινή χρήση από ποτάμια, λίμνες και πηγές.

Σε έναν πλανήτη που από το Διάστημα φαίνεται μπλε, η πραγματικότητα είναι ότι το καθαρό, πόσιμο νερό είναι πολύ πιο σπάνιο απ’ όσο νομίζουμε. Και η κατάσταση χειροτερεύει, καθώς οι επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής, η αστικοποίηση, η ρύπανση και η αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού πιέζουν τα αποθέματα γλυκού νερού. Περισσότερα από δύο δισεκατομμύρια άνθρωποι παγκοσμίως ζουν σε περιοχές όπου το διαθέσιμο νερό είναι μολυσμένο. Οι παθογόνοι μικροοργανισμοί μπορούν να προκαλέσουν επικίνδυνες ασθένειες, όπως χολέρα, πολιομυελίτιδα και τυφοειδή πυρετό, κυρίως σε περιοχές χωρίς πρόσβαση σε εμβόλια ή βασικές υποδομές υγείας.

Η αφαλάτωση θαλασσινού νερού είναι μία από τις λύσεις που εξετάζονται εντατικά. Μια ενδιαφέρουσα προσέγγιση βασίζεται στη χρήση πορωδών υλικών που απορροφούν το νερό και το εξατμίζουν με τη βοήθεια της ηλιακής ακτινοβολίας. Ωστόσο, η μεγαλύτερη πρόκληση είναι η κλιμάκωση αυτών των τεχνολογιών για χρήση από ευρύτερους πληθυσμούς. Τα περισσότερα υπάρχοντα φωτοθερμικά συστήματα λειτουργούν καλά σε μικρή κλίμακα, αλλά χάνουν την αποδοτικότητά τους όταν μεγαλώνουν, καθώς οι ατμοί δεν διαφεύγουν εύκολα από τα μικροσκοπικά πορώδη υλικά με παχιές μεμβράνες.

Αυτήν την πρόκληση αποφάσισε να αντιμετωπίσει ο Xi Shen από το Hong Kong Polytechnic University. Μαζί με την ερευνητική του ομάδα, δημιούργησε ένα νέο αεροτζέλ που αποδεικνύεται σημαντικά πιο αποτελεσματικό στη μετατροπή του θαλασσινού νερού σε πόσιμο, συγκριτικά με τις προηγούμενες μεθόδους.

Όπως εξηγεί ο ίδιος, η απόδοση αυτών των συστημάτων εξαρτάται κυρίως από τρεις παράγοντες: την τοπική συγκράτηση της θερμότητας, τη μεταφορά του νερού και τη μεταφορά του ατμού. Τα φωτοθερμικά υλικά, τα οποία μετατρέπουν το ηλιακό φως σε θερμότητα, είναι βασικό συστατικό αυτών των συστημάτων. Μέχρι τώρα, τέτοια υλικά έχουν δημιουργηθεί από ποικίλες πρώτες ύλες: πολυμερή, μέταλλα, κεραμικά, ακόμη και τσιμέντο. Τα υδροτζέλ έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν, αλλά επειδή συγκρατούν νερό, η απόδοση τους και η σταθερότητα περιορίζονται.

Αντίθετα, τα αεροτζέλ, τα οποία συγκρατούν αέρα, επιτρέπουν πιο αποτελεσματική κυκλοφορία του νερού και των ατμών. Ο Shen και η ομάδα του αποφάσισαν να δημιουργήσουν ένα φωτοθερμικό αεροτζέλ που διατηρεί υψηλή αποδοτικότητα ακόμα και όταν κλιμακώνεται σε μεγαλύτερο μέγεθος.

Το νέο αεροτζέλ εκτυπώθηκε τρισδιάστατα, στρώση-στρώση, χρησιμοποιώντας έναν πολτό που περιείχε νανοΐνες κυτταρίνης και νανοσωλήνες άνθρακα. Μετά την εκτύπωση κάθε στρώσης, το υλικό καταψυχόταν ώστε να στερεοποιηθεί, πριν προστεθεί η επόμενη. Το αποτέλεσμα ήταν ένα πορώδες, ελαφρύ υλικό με λεπτά διαχωριστικά τοιχώματα που επιτρέπουν την εύκολη απελευθέρωση του ατμού.

Για τη δοκιμή του, η ομάδα τοποθέτησε το αεροτζέλ σε ένα κύπελλο με θαλασσινό νερό, καλυμμένο με ένα διαφανές, καμπυλωτό πλαστικό καπάκι. Το ηλιακό φως θέρμανε το αεροτζέλ, προκαλώντας εξάτμιση του νερού. Οι ατμοί συμπυκνώνονταν στο εσωτερικό του καπακιού και στη συνέχεια οδηγούνταν μέσω ενός χωνιού σε ξεχωριστό δοχείο. Η ποσότητα του παραγόμενου νερού ήταν περίπου τρεις κουταλιές της σούπας. Αν και αυτή η ποσότητα μοιάζει μικρή, το σημαντικό είναι ότι το υλικό μπορεί να κλιμακωθεί σε μεγαλύτερες εφαρμογές χωρίς να χάνει την αποτελεσματικότητά του.

Σύμφωνα με τον Shen, η συσκευή λειτούργησε σταθερά επί μία εβδομάδα χωρίς μείωση της απόδοσης. Αν και ακόμα δεν μπορεί να απαντήσει με βεβαιότητα πόσο συχνά θα χρειάζεται αντικατάσταση το αεροτζέλ, η ομάδα του ήδη σχεδιάζει δοκιμές στον πραγματικό κόσμο για να αξιολογήσει την αντοχή και την απόδοση σε βάθος χρόνου.

Η καινοτομία αυτή ανοίγει νέους δρόμους στην προσπάθεια εξεύρεσης βιώσιμων λύσεων για την παγκόσμια έλλειψη καθαρού νερού. Αν αποδειχθεί αξιόπιστη σε μεγαλύτερη κλίμακα, ίσως δούμε στο άμεσο μέλλον μια τεχνολογία που αξιοποιεί τον ήλιο και την επιστήμη των υλικών για να μετατρέψει το θαλασσινό νερό σε πηγή ζωής.

[via]