«Дешево и сердито»: как ученые изобрели губку, способную напоить все человечество
Опреснение воды путем дистилляции — не самая сложная инженерная задача, и решается она всегда одинаково: кипячением и конденсацией пара. Однако в местах, где опреснители жизненно необходимы, не всегда достаточно источников энергии на постоянное кипячение: дерево, уголь, электричество и газ там — ценные ресурсы. Поэтому ученые давно пытаются приспособить альтернативные источники энергии к снабжению опреснителей.
Солнечной энергии хватит на всех, и она дешева, а вот приборы, которые накапливают ее и преобразуют в другие формы, бывают дороги. Предыдущие проекты опреснителей на солнечных батареях требовали дорогих линз и материалов; один такой аппарат мог стоить до 200 долларов за квадратный метр. Такая цена не позволила бы применить аппарат в странах третьего мира, где проблема нехватки пресной воды стоит наиболее остро.
По данным ООН в мире около 4 миллиардов человек не имеют неограниченного доступа к пресной воде.
Несколько лет назад группа инженеров из MIT под руководством Гана Чена (Gang Chen) приступила к разработке опреснителя, который использовал бы для кипячения энергию солнечного света и при этом был бы прост и дешев. В результате появился прибор, напоминающий губку: слой графита на легкой углеродной пене. Сквозь отверстия губки вода поднимается к графиту, где нагревается в лучах солнца. Чтобы повысить КПД устройства, графит заменили на голубоватый композитный материал, который не излучает тепло в виде инфракрасного излучения. Между этим материалом и губкой проложили тонкий слой меди, обеспечивающий теплопроводность, и проделали в ней отверстия.
Прибор стал эффективнее, но проблема потери энергии сохранялась. Тогда Чен обратил внимание на то, как его 16-летняя дочь делала школьный проект теплицы. Девочка заметила, что от потери тепла отлично спасает воздушно-пузырчатая пленка. Инженеры добавили слой пленки к своему прибору, и тот заработал на полную мощность. В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, доказывается, что прибор работает без дополнительных линз и концентраторов.