Om het probleem van de duurzame zoetwatervoorziening op te lossen, hebben onderzoekers de afgelopen jaren veel zonne-ontziltingssystemen ontwikkeld. Een vaak voorkomend probleem is echter de ophoping van zout, die het systeem kan verstoppen en de waterproductie kan beïnvloeden. Om dit probleem op te lossen hebben onderzoekers van MIT en Shanghai Jiao Tong University zich laten inspireren door een natuurlijk fenomeen: hoe diepe oceaanstromingen worden aangedreven door verschillen in de dichtheid van zeewater, een proces dat bekend staat als thermohaliene circulatie.
Onderzoekers hebben een nieuw ontziltingssysteem op zonne-energie ontwikkeld dat grote hoeveelheden drinkwater kan produceren en gebruikmaakt van een op de oceaan geïnspireerde technologie om problemen met zoutverstopping te voorkomen. Bij opschaling kan het systeem voldoende drinkwater leveren om in de dagelijkse behoeften van een klein gezin te voorzien.
Het nieuwe systeem van de onderzoekers is een verbetering ten opzichte van hun eerdere ontwerp, een soortgelijk concept dat bestaat uit meerdere lagen die 'fasen' worden genoemd. Elke fase bevat een verdamper en een condensor, die zonlicht gebruiken om zouten passief van het binnenkomende water te scheiden. Hoewel het effectief zonne-energie gebruikt om water te verdampen, kan het na een paar dagen verstopt raken door zoutophoping. Daarom probeerden onderzoekers een thermohaliene circulatiemethode om de ophoping van zout te verminderen.
De nieuw ontworpen eentrapsunit ziet eruit als een dunne doos met daarop een donker materiaal dat de warmte van de zon absorbeert. De binnenkant van de doos is verdeeld in bovenste en onderste delen. Water stroomt door het bovenste gedeelte en een laag verdampers in het plafond gebruikt de warmte van de zon om het water dat ermee in direct contact komt, te verwarmen en te verdampen. De waterdamp wordt naar de onderste helft getransporteerd en de condensorlaag koelt de waterdamp met lucht af tot zoutvrij drinkwater.
De hele doos is gekanteld en de warmte van de zon zorgt voor wervelingen als het water er doorheen stroomt. Deze beweging helpt water in contact te brengen met de bovenste verdampingslaag, terwijl de zoutcirculatie behouden blijft en zoutneerslag en verstopping wordt voorkomen.
Xu Zhenyuan, een van de corresponderende auteurs van de studie, zei: "We hebben nu een krachtigere convectie geïntroduceerd die vergelijkbaar is met de kilometerslange convectie die we gewoonlijk in de oceaan zien. Wanneer zeewater aan de lucht wordt blootgesteld, zorgt zonlicht ervoor dat het zeewater verdampt. Zodra het zeewater het zeeoppervlak verlaat, blijft het zout achter. Hoe hoger de zoutconcentratie, hoe dichter de vloeistof, en dit zwaardere water zal naar beneden stromen. Door dit fenomeen op kilometerschaal in een kleine doos te simuleren, kunnen we gebruik maken van deze functie om het zout af te stoten."
De onderzoekers ontdekten dat hun systeem zoet water kon produceren in omgevingen met variërende zoutconcentraties, van natuurlijk zeewater tot water dat zeven keer zouter is. Als het systeem wordt opgeschaald tot het formaat van een kleine koffer, kan het 4 tot 6 liter water per uur produceren en een aantal jaren meegaan voordat onderdelen vervangen moeten worden, zeggen ze.
De totale kosten voor het runnen van het systeem zullen lager zijn dan de kosten voor het produceren van leidingwater in de Verenigde Staten vanwege de hoge waterproductie, de hoge zoutafwijzing, de lange levensduur en het feit dat het op zonne-energie werkt en geen elektriciteit nodig heeft, aldus de onderzoekers.
Yang Zhong, co-auteur van het onderzoeksrapport, zei: "Ons onderzoek toont aan dat dit soort apparatuur een lange levensduur kan bereiken. Dit betekent dat voor het eerst drinkwater geproduceerd met behulp van zonlicht goedkoper kan zijn dan kraanwater. Dit biedt de mogelijkheid voor ontzilting van zeewater op zonne-energie om praktische problemen op te lossen."
Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Joule.