Według Organizacji Narodów Zjednoczonych, 2,2 miliarda ludzi wciąż nie ma dostępu do bezpiecznie zarządzanej wody pitnej – co oznacza, że wielu z nich albo pokonuje kilometry po łyk wody, albo przepłaca za butelkowaną. Aby sprostać zapotrzebowaniu, regiony od Kalifornii po części Bliskiego Wschodu sięgnęły po zakłady odsalania, które zamieniają wodę morską w słodką, ale proces ten jest drogi, energochłonny i generuje ogromne ilości stężonej solanki, która po wpuszczeniu z powrotem do oceanu niszczy ekosystemy morskie, zwiększając zasolenie i wysysając tlen. To jak rozwiązywanie jednego problemu, tworząc przy okazji inny, tylko bardziej słony.

Naukowcy z University of Rochester, pod kierownictwem profesora optyki i fizyki Chunlei Guo, zaprezentowali słoneczny system odsalania, który omija większość tych problemów. Ich podejście, opisane w czasopiśmie „Light: Science & Applications”, produkuje świeżą wodę wydajnie, nie wymaga chemicznego wstępnego oczyszczania i – co kluczowe – nie generuje odpadów solankowych. Zamiast tego odzyskuje prawie wszystkie rozpuszczone sole w postaci stałej, co jest tak blisko posiadania wody morskiej i picia jej, jak nauka dotąd doszła.

System opiera się na panelach słonecznych wykonanych z czarnego metalu teksturowanego laserami femtosekundowymi. Ta obróbka nadaje powierzchni dwie supermoce: pochłania prawie całe padające światło słoneczne i staje się superchłonna – czyli kocha wodę prawie tak bardzo jak odwodniony maratończyk. Wzorowana laserem aktywna strefa przeciąga cienką warstwę wody morskiej przez panel. Światło słoneczne odparowuje wodę, która jest destylowana do świeżej, podczas gdy rozpuszczone sole i minerały są kierowane do nieprzetworzonych stref pasywnych, zapobiegając gromadzeniu się, które zwykle zatyka gorsze technologie odsalania.

Guo zauważa, że wiele słonecznych systemów odsalania termicznego działa dobrze w testach laboratoryjnych z uproszczoną wodą morską składającą się tylko z wody i chlorku sodu. Ale prawdziwe oceany zawierają magnez i wapń, które tworzą twarde, gęste skorupy podczas krystalizacji – podobnie do kamienia w czajniku, tyle że woda morska jest znacznie bardziej stężona. Aby temu zaradzić, zespół zaprojektował mikroskopijne rowki na czarnej metalowej powierzchni, które zachęcają sole do migracji z dala od strefy aktywnej, zanim się nagromadzą, wykorzystując efekt pierścienia kawowego – to samo zjawisko, które pozostawia irytujący brązowy pierścień na stole po rozlaniu. „Jeśli upuścisz kawę na powierzchnię, ostatecznie woda wyparuje i na zewnętrznej krawędzi pozostanie pierścień” – wyjaśnia Guo. „Używamy tej samej zasady, aby przesunąć sole do strefy pasywnej”.

Podczas testów z wodą z Oceanu Spokojnego, Atlantyckiego i Indyjskiego powierzchnia samoistnie się czyściła, wydobywając świeżą wodę, jednocześnie kierując sole do obszarów pasywnych, gdzie można je było zbierać bez utraty wydajności. Jedną z największych zalet: odzyskane ciała stałe mogą dostarczyć cennych minerałów, takich jak lit, kluczowy składnik baterii EV. W pokrewnym badaniu w „Journal of Materials Chemistry A” Guo i współpracownicy osadzili nanocząstki wodoro-tytanianu w rowkach metalu, aby selektywnie izolować lit od innych soli. Używając wody z Wielkiego Jeziora Słonego w Utah, odzyskali około 50 procent litu zawartego w pozostałych solach. „Wydobywanie litu z ziemi okazało się bardzo uciążliwe pod względem energetycznym i środowiskowym” – mówi Guo – „więc pozyskiwanie litu bezpośrednio z wody morskiej może być bardzo ważną przyszłą drogą”.

Technologia jest wciąż na etapie dowodu koncepcji, ale Guo wierzy, że można ją znacznie skalować, potencjalnie zwiększając dostęp do czystej wody pitnej, jednocześnie tworząc bardziej zrównoważone źródła krytycznych minerałów. Badania były wspierane przez National Science Foundation, Bill & Melinda Gates Foundation oraz Worldwide Universities Network. Dodatkowi współautorzy to starszy naukowiec Subash Singh, absolwent Ran Wei '24, doktoranci Luheng Tang i Tainshu Xu oraz Mingjiang Ma z Instytutu Optyki.