Поставка чистой питьевой воды всегда рассматривалась в качестве одного из основных прав человека во многих регионах, однако во многих частях мира ситуация совершенно иная. Третий мир борется за чистую питьевую воду. Новая лазерная система санитарии алюминия может помочь развивающимся странам обеспечить чистой водой и спасти жизни людей.
Исследовательская группа, возглавляемая Субхашем Сингхом (Subhash Singh) из Института оптики Рочестерского университета в Нью-йорке, считает, что санитария воды на солнечных батареях может быть ключом к обеспечению устойчивой чистой воды для быстро растущего населения мира. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Sustainability.
Всемирная организация здравоохранения перечислила ультрафиолетовое излучение для стерилизации прозрачных бутылок и теплостерилизации непрозрачных контейнеров в качестве методов очистки воды в течение определенного периода времени. Есть также много систем на рынке, которые используют солнечный свет для очистки воды. Но эти системы имеют очевидные недостатки: проблемы масштабируемости. Система, которая может дезинфицировать небольшую группу людей или семью, может быть не очень полезна при дезинфекции всего города или деревни. В сочетании с связанными с этим расходами на систему дезинфекции воды каждый 9-й человек (около 785 миллионов человек) не может получить чистую воду. Среди них 1 миллион человек ежегодно умирают из-за отсутствия чистой воды.
Исследовательская группа обнаружила ряд проблем с нынешней системой санитарии воды, особенно проблему испарения интерфейса, управляемого солнечной энергией. К ним относятся, но не ограничиваются: неспособность контролировать солнечный предел отслеживания испарителя интерфейса, а это означает, что, когда угол солнца меняется, оптическая концентрация будет уменьшаться, что приводит к снижению способности дезинфекции. Еще одной проблемой является блокирующий эффект, который серьезно снижает эффективность оборудования.
Поскольку нынешняя солнечная система стерилизации использует систему отопления «снизу вверх», большая часть генерируемой энергии будет потеряна в результате испарения воды и воздуха. Некоторые системы решают эту проблему эффективности путем внедрения системы производства солнечной тепловой энергии на воздушном/водном интерфейсе. Поскольку эта поверхность плавает на воде, она не может быть точно расположена, чтобы столкнуться с инцидентом света, и проблема засорения будет усугубляться контактом с основной водой.
Кроме того, существует очень важная проблема: нынешние солнечные очистители могут только устранить биологическое загрязнение. Существует также большое число других загрязнителей, особенно тяжелых металлов, которые не были обработаны.
Команда предложила использовать поверхность с супер поглощения воды и супер поглощения света для дезинфекции воды с солнечной энергией. Эта поверхность с супер поглощения воды и супер поглощения света состоит из алюминия, который легко получить и низкой стоимости.
Однако традиционный необработанный алюминий не имеет пористых свойств, необходимых для поглощения воды. Кроме того, его поверхность отражающая, поэтому она не поглощает свет. Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа лазером алюминия с фемтосекундных лазерных импульсов. Пористая поверхность, созданная этой лазерной обработкой, позволяет воде работать со скоростью около 2 миллиметров в секунду под воздействием гравитации. Это означает, что вода может быть транспортирована на поверхность поглощения Солнца для дезинфекции.
Таким образом, эта пористая поверхность может быть установлена на плавающей платформе под любым углом, чтобы увеличить частоту солнечных лучей. Это также означает, что эта панель подключена к системе слежения за солнцем, чтобы отслеживать траекторию солнца и поддерживать уровень дезинфекции в лучшем состоянии.
Исследователи также сосредоточились на форме этой пористой поверхности и на том, как она рассеивает тепло через воду. Они обнаружили, что U-образная поверхность может свести к минимуму контакт с поверхностью воды, что делает его наиболее энергоэффективной моделью в настоящее время. До сих пор скорость испарения, зафиксированная командой, даже превышает идеальное оборудование в 100% эффективном операционном состоянии.
Исследовательская группа не только проверила биологически загрязненную воду, но и проверила воду, загрязненную другими загрязнителями, такими как металлы, бытовые и сельскохозяйственные отходы. Их исследования показали, что плотность воды снизилась на 4-5 порядков величины. Соответствует стандарту ВОЗ в вопросе безопасной питьевой воды.