Η αφαλάτωση μπορεί να δώσει πόσιμο νερό σε περιοχές που πιέζονται από την ξηρασία, όμως αφήνει πίσω της ένα δύσκολο περιβαλλοντικό κατάλοιπο: την εξαιρετικά συμπυκνωμένη υγρή άλμη. Ερευνητές του University of Rochester παρουσίασαν μια διαφορετική ηλιακή προσέγγιση, η οποία μετατρέπει το αλάτι και τα άλλα διαλυμένα ορυκτά σε στερεό υπόλειμμα αντί να τα απορρίπτει ως υγρό.
Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Light: Science & Applications, περιγράφει ένα σύστημα ηλιακής θερμικής αφαλάτωσης χωρίς χημικά πρόσθετα για την προεπεξεργασία του νερού και χωρίς υγρή απόρριψη άλμης. Το αποτέλεσμα είναι μέχρι στιγμής μια πολλά υποσχόμενη απόδειξη αρχής — όχι έτοιμη εγκατάσταση για ένα ελληνικό νησί.
Μια επιφάνεια που αξιοποιεί τον ήλιο και απομακρύνει το αλάτι
Στην καρδιά του συστήματος βρίσκονται μαύρα μεταλλικά πάνελ, των οποίων η επιφάνεια έχει τροποποιηθεί με παλμούς λέιζερ femtosecond. Οι μικροσκοπικές δομές που δημιουργούνται απορροφούν αποτελεσματικά την ηλιακή ακτινοβολία και κάνουν το μέταλλο «superwicking»: το νερό απλώνεται γρήγορα σε μια λεπτή μεμβράνη αντί να σχηματίζει σταγόνες.
Η ηλιακή ενέργεια θερμαίνει αυτή τη λεπτή στρώση και προκαλεί εξάτμιση. Οι υδρατμοί μπορούν να συλλεχθούν ως γλυκό νερό, ενώ τα άλατα και τα ορυκτά που μένουν πίσω μετακινούνται προς τις πλευρικές, ανενεργές περιοχές του πάνελ. Έτσι δεν συσσωρεύονται πάνω στην επιφάνεια όπου γίνεται η εξάτμιση.
Αυτό το σημείο είναι κρίσιμο. Στα πραγματικά θαλασσινά νερά δεν υπάρχει μόνο χλωριούχο νάτριο, αλλά και μαγνήσιο, ασβέστιο και πολλές ακόμη ουσίες. Καθώς εξατμίζεται το νερό, ορισμένες από αυτές μπορούν να σχηματίσουν σκληρές, πυκνές επικαθίσεις που φράζουν την επιφάνεια. Η ομάδα σχεδίασε μικροσκοπικές αυλακώσεις ώστε το φαινόμενο «δαχτυλίδι του καφέ» — η μετακίνηση των σωματιδίων προς την άκρη καθώς στεγνώνει μια σταγόνα — να οδηγεί τα ορυκτά μακριά από την ενεργή περιοχή.
Δοκιμή με πραγματικό θαλασσινό νερό
Οι ερευνητές δεν περιορίστηκαν σε τεχνητό νερό με απλό αλάτι. Δοκίμασαν τη μέθοδο με δείγματα από τον Ειρηνικό, τον Ατλαντικό και τον Ινδικό Ωκεανό. Στα πειράματα, η επιφάνεια απομάκρυνε τα άλατα προς την παθητική ζώνη και συνέχισε να παράγει γλυκό νερό χωρίς η συσσώρευση ορυκτών να μειώνει την απόδοση αφαλάτωσης.
Το σύστημα ανέκτησε σχεδόν το 100% των διαλυμένων αλάτων σε στερεή μορφή. Αυτό αλλάζει τη λογική της «αποβλήτου» άλμης: αντί για υγρό με υψηλή αλατότητα που πρέπει να υποστεί διαχείριση ή να επιστρέψει στη θάλασσα, προκύπτει υλικό που μπορεί να συλλεχθεί. Σε ορισμένες περιπτώσεις θα μπορούσε να αξιοποιηθεί ως αλάτι, ενώ άλλα ορυκτά έχουν μεγαλύτερη οικονομική αξία.
Από την αφαλάτωση στην ανάκτηση λιθίου
Σε ξεχωριστή συναφή εργασία, η ίδια ερευνητική ομάδα τροποποίησε τις μικροσκοπικές αυλακώσεις με νανοσωματίδια υδροτιτανικού άλατος, ώστε να απομονώνει επιλεκτικά λίθιο από το μείγμα των ορυκτών. Με δείγματα από τη Great Salt Lake ανέκτησε περίπου το 50% του λιθίου που περιείχαν τα άλατα μετά την αφαλάτωση.
Η επίδοση αυτή δεν σημαίνει ότι οι μονάδες αφαλάτωσης θα γίνουν άμεσα ορυχεία μπαταριών. Δείχνει όμως μια πιθανή διπλή χρήση: παραγωγή νερού και ανάκτηση υλικών που διαφορετικά θα παρέμεναν σε ένα προβληματικό ρεύμα αποβλήτων. Το λίθιο είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρον επειδή χρησιμοποιείται στις μπαταρίες ιόντων λιθίου για ηλεκτρικά οχήματα και ηλεκτρονικές συσκευές.
Τι μένει να αποδειχθεί πριν από την κλίμακα
Η σημαντικότερη επιφύλαξη αφορά το μέγεθος και τη διάρκεια των δοκιμών. Η τεχνολογία έχει παρουσιαστεί σε μικρές διατάξεις proof of concept, ενώ η λειτουργία μιας μεγάλης μονάδας απαιτεί απάντηση σε ερωτήματα για το κόστος των laser-etched επιφανειών, τη συντήρηση, τη συλλογή των στερεών αλάτων και την απόδοση σε μεταβαλλόμενο ή ρυπασμένο θαλασσινό νερό.
Για περιοχές όπως τα ελληνικά νησιά, η ηλιακή ενέργεια και η ανάγκη περιορισμού της υγρής άλμης κάνουν την ιδέα ενδιαφέρουσα. Δεν αρκούν όμως από μόνες τους για να αποδειχθεί ότι το σύστημα θα είναι φθηνότερο, ανθεκτικότερο ή περιβαλλοντικά καλύτερο σε πραγματικές συνθήκες. Η αξία της εργασίας βρίσκεται στο ότι αντιμετωπίζει ταυτόχρονα δύο χρόνια προβλήματα της αφαλάτωσης — τη ζήτηση ενέργειας και τη διάθεση της άλμης — και προσφέρει έναν δρόμο για περαιτέρω δοκιμή.