Burete realizat prin imprimare 3D pentru desalinizarea apei

Majoritatea apei de pe Pământ se află în oceane și este prea sărată pentru a fi băută. Deși uzinele de desalinizare pot transforma apa de mare în apă potabilă, acestea necesită cantități mari de energie. Recent, cercetători din cadrul ACS Energy Letters au dezvoltat un material de tip burete, cu buzunare microscopice de aer, care utilizează lumina solară și o acoperire simplă din plastic pentru a transforma apa sărată în apă potabilă. Un test de concept realizat în aer liber a produs cu succes apă potabilă în lumina naturală a soarelui, reprezentând un pas important către desalinizarea sustenabilă, cu consum redus de energie.

Contextul cercetării

Aceasta nu este prima dată când cercetătorii au creat materiale spongioase care utilizează lumina solară ca sursă de energie sustenabilă pentru curățarea sau desalinizarea apei. De exemplu, un hidrogel inspirat din lufa, cu polimeri în porii săi, a fost testat pe apă contaminată cu crom și, atunci când a fost încălzit de soare, hidrogelul a eliberat rapid un vapor de apă curat, care putea fi colectat prin evaporare. Cu toate acestea, în timp ce hidrogelurile sunt moi și pline de lichid, aerogelele sunt mai rigide, având pori solizi care pot transporta apă lichidă sau vapori de apă. Aerogelele au fost testate ca metodă de desalinizare, dar sunt limitate de performanța lor de evaporare, care scade pe măsură ce dimensiunea materialului crește. Astfel, Xi Shen și colegii săi au dorit să proiecteze un aerogel poros pentru desalinizare care să își mențină eficiența la dimensiuni diferite.

Metodologia și procesul de fabricație

Cercetătorii au creat o pastă din nanotuburi de carbon și nanofibre de celuloză, pe care au imprimat-o 3D pe o suprafață înghețată, permițând fiecărei straturi să se solidifice înainte de adăugarea următorului. Acest proces a format un material de tip burete, cu găuri verticale mici, uniform distribuite, fiecare având aproximativ 20 de micrometri lățime. Ei au testat bucăți pătrate din material, de la 1 centimetru (0,4 inci) până la 8 centimetri (3 inci), și au descoperit că piesele mai mari au eliberat apă prin evaporare la rate la fel de eficiente ca piesele mai mici.

Testul în aer liber

În cadrul unui test în aer liber, cercetătorii au plasat materialul într-un pahar cu apă sărată, iar acesta a fost acoperit cu o folie de plastic curbată și transparentă. Lumina solară a încălzit partea superioară a materialului spongios, evaporând doar apa, nu și sarea, sub formă de vapori de apă. Vaporii s-au colectat pe folia de plastic sub formă de lichid, iar apa curată a fost direcționată către margini, unde a picurat într-un pâlnie și containerul de dedesubt. După 6 ore de expunere la lumina naturală a soarelui, sistemul a generat aproximativ 3 linguri de apă potabilă.

Implicări și viitorul cercetării

„Aerogelul nostru permite desalinizarea la capacitate maximă, indiferent de dimensiune”, spune Shen. „Aceasta oferă o soluție simplă și scalabilă pentru desalinizarea fără energie, pentru a produce apă curată.” Cercetătorii subliniază că metoda ar putea fi extinsă pentru desalinizarea apei la scară largă, utilizând soluții de energie solară, și ar putea reprezenta o alternativă sustenabilă și eficientă pentru regiunile cu acces limitat la apă potabilă.

Concluzie

Studiul deschide noi posibilități pentru utilizarea aerogelurilor în desalinizarea apei, oferind o metodă eficientă de transformare a apei sărate în apă potabilă cu un consum minim de energie. Cu potențialul de a fi utilizat la scară largă, acest material ar putea deveni o soluție practică pentru zonele afectate de lipsa apei potabile.