Runt om i världen saknar fortfarande miljarder människor tillförlitlig tillgång till säkert dricksvatten. FN uppskattar att 2,2 miljarder människor inte har tillgång till säkert hanterat dricksvatten, medan regioner från Kalifornien till Mellanöstern i allt högre grad förlitar sig på avsaltningsanläggningar för att förvandla havsvatten till färskvatten. Så, ni vet, ingen press direkt.

Avsaltning kan ge en kritisk vattenförsörjning, men dagens vanligaste metoder har betydande nackdelar. Omvänd osmos tvingar vatten genom specialiserade membran för att avlägsna salt, medan termisk destillation använder värme för att separera färskvatten från havsvatten. Båda metoderna kan förbruka stora mängder energi, kräver ofta vattenbehandling före och efter processen, och genererar ett mycket koncentrerat saltavfall känt som saltlake. När denna saltlake släpps ut tillbaka i havet kan den öka den lokala salthalten och minska syrenivåerna, vilket skapar skadliga förhållanden för marina organismer. Kort sagt: vi får dricksvatten, fiskarna får en fientlig arbetsplats.

Forskare vid University of Rochester har utvecklat en annan metod som kan hjälpa till att lösa flera av dessa problem på en gång. Forskare vid URochesters Institute of Optics har skapat ett soltermiskt avsaltningssystem utformat för att producera färskvatten effektivt utan att generera flytande saltlake eller kräva kemiska tillsatser för att förbehandla det inkommande vattnet. Metoden beskrivs i en artikel publicerad i Light: Science & Applications. Forskningen leddes av Chunlei Guo, professor i optik och fysik samt seniorforskare vid URochesters Laboratory for Laser Energetics.

I hjärtat av tekniken finns solpaneler tillverkade av svart metall som behandlats med femtosekundlasrar. En femtosekund är en utomordentligt kort tidsenhet, lika med en biljondels sekund. Pulser från dessa ultrakorta lasrar kan precist förändra en ytas struktur och skapa mikroskopiska strukturer som dramatiskt förändrar hur materialet interagerar med ljus och vatten. Laserbehandlingen gör metallen extremt effektiv på att absorbera solljus och ger den också supervikande egenskaper, vilket innebär att vatten sprids snabbt över ytan istället för att bilda droppar.

Varje panel innehåller en laserbehandlad aktiv region som drar ett mycket tunt lager havsvatten över sin yta. Den mörka metallen absorberar nästan all inkommande solstrålning, värmer vattnet och får det att avdunsta. Avdunstningen lämnar kvar salter och andra lösta mineraler. Istället för att låta dessa material ansamlas där avdunstningen sker, leder panelen dem mot obehandlade områden längs sidorna, kända som den passiva regionen. Denna rörelse är viktig eftersom saltansamling är en av de största utmaningarna för soltermiska avsaltningssystem. Om mineraler bildar ett hårt lager över den aktiva ytan kan de blockera vattenrörelsen och till slut stoppa systemet från att fungera.

Guo säger att tidigare soltermiska avsaltningssystem ofta har presterat bra i laboratorieexperiment med förenklat artificiellt havsvatten gjort av vatten och natriumklorid. När natriumklorid kristalliseras i takt med att vattnet avdunstar tenderar det att bilda en relativt kornig och porös struktur. Vatten kan fortsätta röra sig genom dessa kristaller, vilket hjälper till att lösa upp ansamlat salt och gör ytan lättare att rengöra. Men riktigt havsvatten är en annan best. Förutom natriumklorid innehåller det magnesium, kalcium och många andra lösta ämnen. Vissa av dessa föreningar kan kristallisera till hårda, täta avlagringar som är mycket mindre porösa. Det liknar den mineralbeläggning som gradvis byggs upp inuti ett duschhuvud eller en tekanna. I ett avsaltningssystem är utmaningen dock mycket större eftersom havsvatten innehåller hundratals gånger mer lösta salter än vanligt kranvatten. När dessa avlagringar ackumuleras kan vattnet inte längre flöda fritt över ytan, vilket minskar effektiviteten och till slut täpper igen systemet.

För att övervinna detta problem designade Guos team noggrant mikroskopiska strukturer som gör att saltet rör sig bort från den aktiva ytan och samlas i den passiva regionen, där det kan avlägsnas utan att blockera vattenflödet. Genom att förhindra att salt bildar täta avlagringar på den aktiva ytan kunde systemet upprätthålla hög avdunstningseffektivitet under längre perioder. Dessutom, eftersom saltet koncentreras i den passiva regionen, kan det samlas upp och potentiellt användas för att utvinna litium och andra värdefulla mineraler, vilket förvandlar ett avfallshanteringsproblem till en resurs.

Enligt forskarna kan denna metod erbjuda ett mer hållbart och kostnadseffektivt sätt att producera dricksvatten från havsvatten, särskilt i avlägsna eller resursbegränsade områden där solenergi är riklig. Även om tekniken ännu inte är redo för storskalig kommersialisering, representerar den ett lovande steg mot att hantera både vattenbrist och de miljöproblem som traditionella avsaltningsmetoder medför. Så småningom kanske vi kan få vårt dricksvatten utan att skapa en död zon för fiskarna – och till och med tjäna lite på litiumet vi plockar ut på köpet.