Опреснение воды с помощью солнечной энергии

По оценкам ФАО, к 2025 году почти 2 миллиарда человек могут не иметь достаточного количества питьевой воды для удовлетворения своих ежедневных потребностей. Одним из возможных решений этой проблемы является опреснение, а именно обработка морской воды, чтобы сделать ее пригодной для питья. Однако удаление соли из морской воды требует от10 до 1000 раз больше энергии, чем традиционные методы подачи пресной воды, а именно откачка воды из рек или скважин.

Руководствуясь этой проблемой, команда инженеров из Политехнического университета в Турине разработала новый прототип для опреснения морской воды устойчивым и недорогим способом, с более эффективным использованием солнечной энергии. По сравнению с предыдущими решениями эта технология на самом деле способна упростить добычу воды и может быть подвергнута дальнейшему повышению эффективности в ближайшем будущем. Группа молодых исследователей недавно опубликовала эти результаты в престижном журнале Nature Sustainability.

"Принцип работы предлагаемой технологии очень прост: подобно растениям, которые переносят воду от корней к листьям путем капиллярности и транспирации, наше плавучее устройство способно собирать морскую воду с использованием недорогого пористого материала, что позволяет избежать применения дорогостоящих и громоздких насосов. Собранная морская вода затем нагревается солнечной энергией и происходит отделение соли от испаряющейся воды. Этому процессу могут способствовать мембраны, вставленные между загрязненной и питьевой водой, чтобы избежать их смешивания, подобно некоторым растениям, способным выжить в морской среде, например, в мангровых зарослях", — объясняют ученые.

В то время как обычные «активные» технологии опреснения требуют дорогостоящих механических или электрических компонентов (таких как насосы и системы управления) и нуждаются в специализированных техниках для установки и обслуживания, подход опреснения, предложенный командой Политехнического института Турина, основан на самопроизвольных процессах, происходящих без помощь вспомогательного оборудования и поэтому может быть назван «пассивной» технологией. Все это делает устройство по своей сути недорогим и простым в установке и ремонте. Последние особенности особенно привлекательны в прибрежных районах, которые страдают от хронической нехватки питьевой воды иеще не обслуживаются централизованной инфраструктурой и инвестициями.

Источник



Оксинитрид титана поможет создать плавучий опреснитель на солнечной энергии

Китайские инженеры создали опреснительную установку с покрытием из оксинитрида титана, который эффективно поглощает солнечную энергию и преобразует ее в тепловую для испарения морской воды. В работе, опубликованной в журнале AIP Advances, исследователи с помощью нового устройства превратили соленую воду в пригодную для питья. Опреснительная система, предложенная учеными, интегрированная в промышленный солнечный аппарат, сможет плавать в море и предоставлять питьевую воду.

Несмотря на обилие воды на Земле, пресная вода составляет лишь 2,53 процента от общего объема водных запасов. Увеличение численности людей и загрязнение планеты ведет к острой нехватке пресной воды. Сейчас разрабатываются новые технологии для превращения морской воды в питьевую. О различных способах очистки воды мы рассказывали в материале «Фильтруй с умом».

Ученые из Даляньского морского университета во главе с Чао Чангом (Chao Chang) разработали устройство, которое преобразует солнечную энергию в тепло для испарения морской воды, превращая ее в пресную. Основной блок устройства состоит из трех слоев. Первый слой — это вспененный полиэтилен, который позволяет опреснителю плавать, а также действует как теплоизолятор. Слой обернут пористой бумагой, подобно той, которая используется в подгузниках. Капиллярный эффект бумаги доставляет морскую воду к поверхности устройства, где она испаряется, очищаясь от солей, а затем конденсируется. Вода испаряется благодаря слою из оксинитрида титана (TiNO), который обычно применяется в солнечных системах горячего водоснабжения и фотоэлектрических установках.

Кроме этого:  X Life ver 2 1 beta 3 8211 добавляем реальный трафик в Х Plane

Инженеры нанесли слой TiNO на пористую бумагу, используя технологию магнетронного распыления. С помощью спектрофотометра в диапазоне длин волн от 200 до 2500 нанометров ученые измерили солнечное поглощение бумаги до нанесения оксинитрида титана и после. Нанесение на бумагу TiNO увеличило поглощение света с 32 до 92 процентов.

Чтобы продемонстрировать работу опреснительной системы, ее поместили в кварцевый контейнер, наполненный раствором хлорида натрия, который имитировал морскую воду. Оксинитрид титана поглощал солнечную энергию и преобразовывал ее в тепловую энергию, которая шла на испарение воды. Образовавшийся пар конденсировался на поверхности кварцевой крышки и уже пресная вода стекала в резервуар.

Источник

Что собой представляет, для чего нужен и как работает опреснитель морской воды?

Опреснение морской воды позволяет сделать ее пригодной для питья и для использования в любых хозяйственных и бытовых целях.

Это актуально для жителей пустынных регионов, омываемых морями (например, для Аравийского полуострова), а еще – на промышленных предприятиях, на морских судах и т.д.

Какие же существуют опреснители морской воды и в чем их отличия друг от друга, как они работают и какова их цена?

Содержание

Что это такое?

Это устройство предназначено для удаления из воды растворенных в ней солей. Другие загрязняющие примеси оно может и не удалять, все зависит от типа прибора.

В результате получается опресненная жидкость, которую можно использовать для:

  • питья,
  • приготовления пищи,
  • гигиенических процедур,
  • в хозяйственных целях.

Устройство и принцип работы опреснительной установки

Устройство опреснителя можно разобрать на примере тех, что устанавливаются на судах:

  1. Дистилляционные установки. Суть состоит в том, что морскую воду нагревают до температуры кипения, потом собирают сконденсированный пар и получают дистиллированную воду. Это трудоемкий процесс, который отнимает много времени.
  2. Электродиализные устройства. Они основаны на химическом методе опреснения. Применяют их только в крайнем случае, и полученная таким способ вода редко используется в качестве питьевой, поскольку химические реагенты токсичны.
  3. Установки обратного осмоса. Они являются наиболее распространенным типом корабельных установок для получения пресной воды. Эти устройства состоят из нескольких блоков. Суть метода заключается в том, что забортная вода проходит предварительную обработку, а затем содержащая соли вода проходит под высоким давлением через специальную мембрану и остается в накопителе, а загрязненная вода через какое-то время сливается за борт.

Где используются?

Это оборудование используется чаще всего на морских судах. Однако существуют еще промышленные опреснители, которые помогают решить проблему нехватки питьевой воды в отдельных регионах – например, в Израиле, в Австралии, в Саудовской Аравии.

Виды в зависимости от технологии опреснения

В зависимости от того, какая технология используется для опреснения воды, выделяют несколько видов опреснителей.

Мембранный

Этот метод также называется механическим. В нем используется оборудование для обратного осмоса. В этом случае важным элементом опреснительной установки являются мембраны, через которые морская вода проходит под высоким давлением.

Преимуществами такого оборудования являются:

  • простота устройства и его надежность;
  • компактность;
  • возможность автоматизации;
  • отсутствие больших затрат энергии.

Минусом считается: качество очистки воды в таком случае сильно зависит от предварительной подготовки воды.

Кроме этого:  Заборы под ключ в Симферополе и Республике Крым

Солнечный

Этот тип опреснителей называют также дистилляционными или термальными. Они часто применяются в промышленных условиях.

Принцип заключается в том, что такой агрегат нагревает H2O из моря, она испаряется. Устройство улавливает пар, доводит его до определенной температуры, и получает уже пресную воду. При этом используется солнечная энергия.

Многие модели такого типа имеют форму конуса, по стенкам которого стекает уже сконденсированная влага. Пространство под конусом делают герметичным, чтобы пары не выходили наружу.

Форма конуса позволяет поддерживать определенную температуру внутри прибора. Производители разрабатывают и другие модели дистилляционных опреснителей.

Вакуумный

Такие устройства обладают достаточно высокой производительностью, позволяя получить 800 л воды в час и даже больше. Принцип их работы основан на утилизации тепла воды, которая используется для охлаждения дизелей.

Такое оборудование состоит из нескольких элементов:

  • подогреватель для морской воды;
  • вакуумный насос;
  • центробежный насос для воды, которую берут за бортом;
  • вихревой насос для уже полученной дистиллированной воды;
  • испаритель вакуумного типа — в нем морская вода начинает кипеть уже при температуре в 38-40 градусов.

Морская вода закачивается в испаритель. Его нагрев осуществляется за счет пресной воды, которая используется для охлаждения дизелей и получает их тепло. Вода кипит, испаряется, затем пар конденсируется, улавливается дистиллят и распределяется в систему для подачи пресной воды.

Где продается, какова цена?

Опреснители можно купить в компаниях, которые специализируются на поставках судового оборудования. Стоимость устройств зависит от их разновидности, мощности и производительности.

Например, небольшой опреснитель для спасательной шлюпки может стоить от 80000 рублей, в то время как устройство для обеспечения пресной водой яхты или катера – от 800000 рублей и выше.

Источник

Ученые придумали, как эффективно опреснять морскую воду солнечным светом

МОСКВА, 9 ноя — РИА Новости. Технологию, которая поможет быстрее опреснять морскую воду и поднять КПД солнечных генераторов, создали ученые НИЯУ МИФИ в составе международного научного коллектива. Новый метод, по словам авторов, отличается от аналогов использованием недорогих и относительно безопасных наночастиц. Результаты опубликованы в журналах Renewable Energy и International Journal of Heat and Mass Transfer.

Солнечные генераторы, производящие электроэнергию за счет испарения воды, — важный элемент многих систем возобновляемой энергетики. Перспективной, по словам ученых, считается схема, при которой паровые мини-турбины совмещаются с солнечным опреснителем морской воды. Для многих регионов мира подобные комбинированные устройства являются важным источником энергии и воды для сельского хозяйства.

Ученые НИЯУ МИФИ совместно с коллегами из Норвегии и Китая смогли повысить эффективность солнечной парогенерации на 15-25 процентов. По их словам, больше пара, чем обычное кипячение жидкости, может произвести кипячение с помощью света водной суспензии светопоглощающих наночастиц. Для придания воде новых свойств ученые использовали наночастицы графита и оксида железа.

«Изученный нами эффект был открыт в начале 2000-х годов учеными из США и Австралии, но дальше маломасштабных лабораторных опытов коллеги не пошли. Мы серьезно расширили теоретическое описание процесса и нашли способ его промышленного применения. Большое преимущество нашей системы в том, что мы не используем дорогостоящие частицы золота и серебра», — сообщил руководитель исследования, специалист ИЯФиТ НИЯУ МИФИ, профессор Университета прикладных наук Западной Норвегии Борис Балакин.

Новая методика, по словам авторов, прежде всего позволит быстрее опреснять и дезинфицировать соленую или сбросную воду, используя только концентрированный солнечный свет. Кроме того, технология найдет применение в фотодинамической терапии рака и при создании систем охлаждения космической техники, считают ученые.

Кроме этого:  Мтс smart start 3 как сбросить настройки на андроиде до заводских настроек

Разработанный для применения новой технологии прототип генератора, как сообщили создатели, в идеальных условиях обеспечит мощность до пяти киловатт с площади испарения в 200 см 2 и почти вдвое меньше с учетом погодных условий.

Полученные наносуспензии графита и оксида железа примерно в 250 раз дешевле зарубежных аналогов с наночастицами золота. Кроме того, жидкости не являются нанотоксичными по причине постепенного объединения наночастиц до микронных размеров, отметили ученые. Это значит, что после специальных биофизических испытаний такую воду, скорее всего, можно будет использовать для хозяйственных нужд без дополнительной очистки.

«Для производства наносуспензий мы используем мелкодисперсные порошки графита и железа, которые размешиваются в воде ультразвуковым гомогенизатором. Созданный нами прототип включает в себя солнечный концентратор, автоматически отслеживающий движение Солнца в течение дня. Все компоненты системы — отечественного производства», — рассказал Борис Балакин.

Как объяснили ученые, для повышения КПД установки на входе в парогенератор наносуспензии можно подогреть геотермальным теплом, сбросным теплом предприятий или дата-центров, фрикционным теплом ветряков. В дальнейшем ученые намерены разработать новые составы наножидкостей и прототипы установок, которые помогут повысить эффективность различных систем возобновляемой энергетики.

Исследования осуществлялись при поддержке Российского научного фонда, проекты 17-79-10481 и 17-79-10083.

Источник

Создан невероятно эффективный опреснитель на солнечной энергии

Поиск дешевого и практичного способа удаления соли из морской воды — это проблема, решение которой может навсегда решить проблему “водяного голода” во всем мире и обеспечить чистой пресной водой даже тех, кто этого лишен. Кажется, на этот раз ученые преуспели. Они создали крошечный диск из супергидрофильной фильтровальной бумаги, покрытой углеродными нанотрубками для поглощения света. Звучит слишком сложно? Что ж, вот вам факты: она работает исключительно на солнечной энергии и способна удалить из воды почти 100% соли — по факту, это идеальный опреснитель.

Новая система основана на традиционном методе: вода нагревается, пары улавливаются, соль и мусор остаются в сухом осадке. Чтобы превратить воду в пар, используя энергию Солнца, в первую очередь необходимо подобрать такой материал, который бы максимально эффективно преобразовывал ее в тепло. Проблема тут заключается в том, что после испарения воды соль кристаллизуется, и эти кристаллы блокируют доступ света к материалу. Новый метод успешно решает эту проблему, поддерживая постоянную скорость испарения воды, в то время как соли собираются и удаляются из процесса, что позволяет избежать снижения эффективности.

Данная система использует хлопковую нить диаметром 1 миллиметр для транспортировки соленой воды на испарительный диск, где чистая вода улавливается, а соли вытесняются к краям. Все это обеспечивается солнечным светом, и в ходе испытаний исследователи измерили поглощение света — оно составило более 94% по всему солнечному спектру, так что в результате эффективно используется любой доступный свет Солнца.

Итак, теперь у нас есть метод опреснения, который дешев, практичен и эффективен. Поскольку система питается от солнечной энергии, устройства на ее базе могут быть особенно полезны в местах, где нет надежного доступа к электричеству — к примеру, в странах Африки и бедных районах Индии, где грязная вода становится источником постоянных заболеваний.

Источник