Peste tot în lume, miliarde de oameni încă nu au acces sigur la apă potabilă. ONU estimează că 2,2 miliarde de oameni nu au apă potabilă gestionată în siguranță, în timp ce regiuni de la California la Orientul Mijlociu se bazează tot mai mult pe instalații de desalinizare pentru a transforma apa oceanelor în apă dulce. Deci, știți, fără presiune.

Desalinizarea poate oferi o sursă critică de apă, dar cele mai comune metode de astăzi vin cu dezavantaje semnificative. Osmooza inversă forțează apa prin membrane specializate pentru a elimina sarea, în timp ce distilarea termică folosește căldură pentru a separa apa dulce de apa de mare. Ambele abordări pot consuma cantități mari de energie, necesită adesea tratarea apei înainte și după proces și generează un deșeu sărat foarte concentrat cunoscut sub numele de saramură. Când această saramură este deversată înapoi în ocean, poate crește salinitatea locală și reduce nivelurile de oxigen, creând condiții dăunătoare pentru organismele marine. Pe scurt: noi primim apă potabilă, peștii primesc un loc de muncă ostil.

Cercetătorii de la Universitatea Rochester au dezvoltat o abordare diferită care ar putea ajuta la rezolvarea mai multor probleme deodată. Oamenii de știință de la Institutul de Optică al URochester au creat un sistem de desalinizare solară termică conceput să producă apă dulce eficient fără a genera saramură lichidă sau a necesita aditivi chimici pentru pre-tratarea apei de intrare. Metoda este descrisă într-o lucrare publicată în Light: Science & Applications. Cercetarea a fost condusă de Chunlei Guo, profesor de optică și fizică și om de știință senior la Laboratorul pentru Energie Laser al URochester.

În centrul tehnologiei se află panouri solare fabricate din metal negru tratat cu lasere femtosecundă. O femtosecundă este o unitate de timp extraordinar de scurtă, egală cu o cvadrilionime de secundă. Impulsurile acestor lasere ultrafast pot modifica precis suprafața unui material, creând structuri microscopice care schimbă dramatic modul în care interacționează cu lumina și apa. Tratamentul cu laser face metalul extrem de eficient în absorbția luminii solare și îi conferă și proprietăți super-absorbante, ceea ce înseamnă că apa se răspândește rapid pe suprafață în loc să se adune în picături.

Fiecare panou conține o regiune activă tratată cu laser care atrage un strat foarte subțire de apă de mare pe suprafața sa. Metalul întunecat absoarbe aproape toată radiația solară incidentă, încălzind apa și determinând-o să se evapore. Această evaporare lasă în urmă sărurile și alte minerale dizolvate. În loc să permită acumularea acestor materiale acolo unde are loc evaporarea, panoul le direcționează către zonele netratate de pe lateralele sale, cunoscute sub numele de regiune pasivă. Această mișcare este importantă deoarece acumularea de sare este una dintre cele mai mari provocări cu care se confruntă sistemele solare de desalinizare. Dacă mineralele formează un strat dur pe suprafața activă, pot bloca mișcarea apei și, în cele din urmă, pot opri funcționarea sistemului.

Guo spune că sistemele anterioare de desalinizare solară termică au performat adesea bine în experimente de laborator folosind apă de mare artificială simplificată din apă și clorură de sodiu. Când clorura de sodiu cristalizează pe măsură ce apa se evaporă, tinde să formeze o structură relativ granulară și poroasă. Apa poate continua să se miște prin acele cristale, ajutând la dizolvarea sării acumulate și făcând suprafața mai ușor de curățat. Dar apa de mare reală este o cu totul altă bestie. Pe lângă clorura de sodiu, conține magneziu, calciu și multe alte substanțe dizolvate. Unele dintre aceste compuși pot cristaliza în depozite dure și dense, mult mai puțin poroase. Este similar cu depunerile minerale care se acumulează treptat în interiorul unui cap de duș sau al unui ceainic. Într-un sistem de desalinizare, totuși, provocarea este mult mai mare, deoarece apa de mare conține de sute de ori mai multe săruri dizolvate decât apa de robinet obișnuită. Pe măsură ce aceste depozite se acumulează, apa nu mai poate curge liber pe suprafață, reducând eficiența și, în cele din urmă, înfundând sistemul.

Pentru a depăși această problemă, echipa lui Guo a proiectat cu atenție micros