Около 2,2 млрд людей на Земле не имеют доступа к чистой питьевой воде. Прибрежные города используют огромные опреснительные установки с обратным осмосом или термической дистилляцией. Однако эти заводы потребляют колоссальное количество электроэнергии, требуют сложных химических процессов и сбрасывают в океан миллионы литров токсичного рассола, который убивает морскую жизнь. Альтернативные солнечные дистилляторы обычно забиваются накипью из кальция и магния.

Ученые из Рочестерского университета разработали новый подход, рассказывает IE. Они использовали фемтосекундный лазер для создания микроскопических канавок на поверхности черного металла. Такая обработка делает поверхность чрезвычайно светопоглощающей и гидрофильной — вода растекается по ней идеально ровным слоем. Под действием солнечных лучей металл нагревается, вода испаряется, а чистый пар конденсируется и собирается как дистиллят.

Проблема в том, что вода в океане содержит кальций и магний, которые образуют кристаллические структуры, быстро забивающие дистилляторы. Команда из Рочестера так спроектировала микроканавки на поверхности, чтобы кристаллизация солей происходила не на испарительной поверхности, а в специальных пассивных зоны по краям панели. В результате устройство самоочищается: соль не забивает поры, и эффективность испарения не падает. Жидкого рассола нет — остается только твердый солевой остаток, который можно собрать механически.

Разработчики полагают, что система легко масштабируется, поскольку использует не экзотические материалы, а обычный металл с лазерной обработкой. В отличие от традиционных опреснителей, она не требует электроэнергии и не производит отравляющих стоков.

В параллельной статье, опубликованной в Journal of Materials Chemistry A, ученые рассказали, что добавили в лазерные канавки наночастицы гидротитаната. Эти частицы выступают как химические магниты, избирательно захватывающие ионы лития из морской воды, игнорируя натрий, кальций и магний. В ходе испытаний из образцов воды Большого Соленого озера (штат Юта) удалось извлечь около 50% растворенного там лития.

Команда ученых из Израиля и США разработала инновационную мембрану — ионный насос на основе эффекта храповика, который управляет движением заряженных молекул с помощью низковольтного сигнала с быстрым переключением. Устройство не имеет движущихся частей и не требует химических реакций.