संयुक्त राष्ट्र के अनुसार, 2.2 अरब लोगों के पास अभी भी सुरक्षित पेयजल तक पहुंच नहीं है - जिसका मतलब है कि बहुत से लोग या तो एक घूंट के लिए मीलों चलते हैं या बोतलबंद पानी के लिए भारी कीमत चुकाते हैं। मांग को पूरा करने के लिए, कैलिफोर्निया से लेकर मध्य पूर्व के कुछ हिस्सों तक के क्षेत्रों ने विशोधन संयंत्रों की ओर रुख किया है जो समुद्री पानी को मीठे पानी में बदलते हैं, लेकिन यह प्रक्रिया महंगी, ऊर्जा-भूखी है, और भारी मात्रा में केंद्रित खारा पानी उत्पन्न करती है जो समुद्र में वापस डाले जाने पर लवणता बढ़ाकर और ऑक्सीजन चूसकर समुद्री पारिस्थितिकी तंत्र को तबाह कर देता है। यह एक समस्या को हल करने जैसा है जबकि दूसरी पैदा कर रहे हैं, बस अधिक नमकीन।
रोचेस्टर विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं, प्रकाशिकी और भौतिकी के प्रोफेसर चुनलेई गुओ के नेतृत्व में, ने एक सौर-संचालित विशोधन प्रणाली का अनावरण किया है जो उन अधिकांश सिरदर्दों को टालती है। उनका दृष्टिकोण, जर्नल लाइट: साइंस एंड एप्लीकेशन्स में वर्णित है, कुशलतापूर्वक ताजा पानी पैदा करता है, किसी रासायनिक पूर्व-उपचार की आवश्यकता नहीं है, और - महत्वपूर्ण रूप से - कोई खारा अपशिष्ट उत्पन्न नहीं करता है। इसके बजाय, यह लगभग सभी घुले हुए लवणों को ठोस रूप में पुनर्प्राप्त करता है, जो लगभग उतना ही करीब है जितना विज्ञान ने समुद्री पानी पीने और पीने दोनों को प्राप्त किया है।
यह प्रणाली फेम्टोसेकंड लेज़रों से बनावट वाली काली धातु से बने सौर पैनलों पर निर्भर करती है। यह उपचार सतह को दो महाशक्तियाँ देता है: यह लगभग सभी आने वाली सूर्य की रोशनी को अवशोषित करता है और सुपरविकिंग बन जाता है - जिसका अर्थ है कि यह पानी से लगभग उतना ही प्यार करता है जितना एक निर्जलित मैराथन धावक। एक लेज़र-पैटर्न वाला सक्रिय क्षेत्र पैनल के पार समुद्री पानी की एक पतली परत खींचता है। सूर्य का प्रकाश पानी को वाष्पित करता है, जो ताजे पानी में आसुत होता है, जबकि घुले हुए लवण और खनिज अनुपचारित निष्क्रिय क्षेत्रों में निर्देशित होते हैं, जो उस निर्माण को रोकते हैं जो सामान्यतः कम विशोधन तकनीक को बंद कर देता है।
गुओ ने नोट किया कि कई सौर तापीय विशोधन प्रणालियाँ केवल पानी और सोडियम क्लोराइड से बने सरलीकृत समुद्री पानी के साथ प्रयोगशाला परीक्षणों में ठीक काम करती हैं। लेकिन वास्तविक महासागरों में मैग्नीशियम और कैल्शियम होते हैं, जो क्रिस्टलीकृत होने पर कठोर, घने क्रस्ट बनाते हैं - चाय की केतली में खनिज स्केल के समान, सिवाय इसके कि समुद्री पानी कहीं अधिक केंद्रित है। इससे निपटने के लिए, टीम ने काली धातु की सतह पर सूक्ष्म खांचे डिज़ाइन किए जो लवणों को जमा होने से पहले सक्रिय क्षेत्र से दूर जाने के लिए प्रोत्साहित करते हैं, कॉफी रिंग प्रभाव का लाभ उठाते हुए - वही घटना जो आपकी मेज पर गिरने के बाद उस कष्टप्रद भूरे रंग की अंगूठी छोड़ती है। "यदि आप एक सतह पर कॉफी गिराते हैं, तो अंततः पानी वाष्पित हो जाता है और बाहरी किनारे पर एक अंगूठी रह जाती है," गुओ बताते हैं। "हम उसी सिद्धांत का उपयोग लवणों को निष्क्रिय क्षेत्र में ले जाने के लिए करते हैं।"
जब प्रशांत, अटलांटिक और हिंद महासागरों के पानी के साथ परीक्षण किया गया, तो सतह ने लगातार खुद को साफ किया, ताजा पानी निकाला जबकि लवणों को निष्क्रिय क्षेत्रों में निर्देशित किया जहां उन्हें प्रदर्शन हानि के बिना एकत्र किया जा सकता था। सबसे बड़े लाभों में से एक: पुनर्प्राप्त ठोस पदार्थ लिथियम जैसे मूल्यवान खनिज प्राप्त कर सकते हैं, जो ईवी बैटरी में एक प्रमुख घटक है। जर्नल ऑफ मैटेरियल्स केमिस्ट्री ए में एक संबंधित अध्ययन में, गुओ और सहयोगियों ने धातु के खांचे में हाइड्रोजन टाइटेनेट नैनोकणों को एम्बेड किया ताकि अन्य लवणों से लिथियम को चुनिंदा रूप से अलग किया जा सके। यूटा की ग्रेट साल्ट लेक के पानी का उपयोग करके, उन्होंने बचे हुए लवणों में निहित लिथियम का लगभग 50 प्रतिशत पुनर्प्राप्त किया। "पृथ्वी से लिथियम खनन ऊर्जा और पर्यावरणीय दृष्टिकोण से बहुत कठिन साबित हुआ है," गुओ कहते हैं, "इसलिए सीधे खारे पानी से लिथियम निकालना भविष्य में एक बहुत महत्वपूर्ण मार्ग हो सकता है।"
यह तकनीक अभी भी अवधारणा का प्रमाण है, लेकिन गुओ का मानना है कि यह महत्वपूर्ण रूप से बढ़ सकती है, संभावित रूप से स्वच्छ पेयजल तक पहुंच बढ़ाने के साथ-साथ महत्वपूर्ण खनिजों के अधिक टिकाऊ स्रोत बना सकती है। अनुसंधान को राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन, बिल एंड मेलिंडा गेट्स फाउंडेशन, और वर्ल्डवाइड यूनिवर्सिटीज नेटवर्क द्वारा समर्थित किया गया था। अतिरिक्त योगदानकर्ताओं में वरिष्ठ वैज्ञानिक सुभाष सिंह, पूर्व छात्र रान वेई '24, पीएचडी छात्र लुहेंग तांग और तैन्शू जू, और प्रकाशिकी संस्थान से मिंगजियांग मा शामिल थे।