Самый распространенный сегодня способ опреснения — обратный осмос: морскую воду прогоняют сквозь тончайшие мембраны под высоким давлением. Это требует огромных затрат электроэнергии и сложного оборудования. Испарительные системы на солнечной энергии чище и дешевле в эксплуатации, но у них есть серьезный недостаток: лучшие светопоглощающие материалы — это наночастицы. В воде они часто слипаются в комки, блокируют выход пара и резко снижают производительность.

Задача, которую решала команда из Академии наук Китая и Шэньчжэньского университета, состояла в том, чтобы удержать наночастицы в рабочем состоянии, не давая им формировать крупные скопления, сообщает IE. Они применили хитроумное решение: взяли полые многослойные наносферы — крошечные пустотелые шарики, которые эффективно поглощают солнечный свет, — и связали их между собой с помощью длинных полимерных молекул из полиэтилентерефталата (ПЭТ).

Точно подобрав параметры взаимодействия полимера и наночастиц с помощью теории растворимости Хансена, ученые получили трехмерную сетчатую структуру, похожую на микроскопический лес: наночастицы остаются разделенными, но при этом жестко зафиксированы, сохраняя максимальную площадь контакта с водой и светом. Эта конструкция не дает им слипаться и обеспечивает свободное испарение.

Прототип устройства состоит из плавающей панели с пористой фототермической структурой. Она поглощает солнечное излучение, нагревается и передает тепло тонкому слою воды у поверхности. Испарение происходит только на границе, а не во всем объеме воды, что значительно повышает эффективность. Образовавшийся пар конденсируется на прозрачном куполе и стекает в сборник — получается дистиллированная вода, пригодная для питья.

Все это работает без каких-либо движущихся частей, электрических насосов или внешнего источника энергии — только солнце и специальная конструкция.

Исследователи подсчитали, что при массовом производстве и двухлетнем сроке службы стоимость одного литра полученной воды станет ниже, чем у стандартной бутилированной воды. Это делает технологию потенциально доступной не только для промышленных опреснительных станций, но и для сельских общин в прибрежных засушливых районах Африки, Ближнего Востока и Юго-Восточной Азии. Пока это лишь лабораторный прототип, но модульный характер конструкции позволяет легко масштабировать его от портативного устройства для одной семьи до больших плавучих панелей, обеспечивающих водой целые поселки.

Ученые разработали гидрогель, который добывает пригодную для питья воду из воздуха даже в сухом климате пустыни с помощью солнечной энергии. Система сохраняет работоспособность более восьми месяцев и может стать дешёвым способом водоснабжения для засушливых регионов.