นวัตกรรมใหม่ในการผลิตน้ำดื่มจากน้ำเค็มโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์

แม้พื้นผิวโลกส่วนใหญ่จะประกอบด้วยน้ำ แต่น้ำส่วนใหญ่มีเกลือผสมอยู่เป็นน้ำเค็มใช้ดื่มไม่ได้ ยังมีคนนับพันล้านคนขาดแคลนน้ำสะอาดสำหรับดื่ม การพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับผลิตน้ำดื่มจึงมีความสำคัญเสมอมา และตอนนี้นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยไรซ์ (Rice University) ประเทศสหรัฐอเมริกา ก้าวหน้าครั้งใหญ่ด้วยนวัตกรรมใหม่ในการผลิตน้ำดื่มจากน้ำเค็มด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ที่พวกเขาเรียกว่า NESMD (Nanophotonics-Enabled Solar Membrane Distillation)

วิธีการเก่าแก่ในการผลิตน้ำดื่มจากน้ำเค็มก็คือการกลั่น (Distillation) โดยต้มน้ำเค็มให้เดือดกลายเป็นไอ นำไอน้ำร้อนไปควบแน่นกลายเป็นน้ำสะอาดที่แผงระบายความร้อน การกลั่นถูกใช้มานับศตวรรษแล้ว แต่เนื่องจากเป็นวิธีที่ใช้พลังงานมากเกินไป จึงมีประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำ

ต่อมามีเทคโนโลยีแยกเกลือออกจากน้ำ (Desalination) ใช้แผ่นเมมเบรนเป็นตัวกรองเกลือออกไป โดยการให้น้ำเค็มที่ถูกทำให้ร้อนไหลผ่านด้านหนึ่งของแผ่นกรองและให้น้ำสะอาดที่เย็นไหลผ่านอีกด้านหนึ่ง ไอน้ำจะถูกดึงตามธรรมชาติผ่านแผ่นเมมเบรนจากด้านร้อนไปด้านเย็นโดยไม่จำเป็นต้องต้มน้ำเค็มให้เดือด ประหยัดพลังงานและมีประสิทธิภาพดีกว่าการกลั่น แต่ต้นทุนของพลังงานยังค่อนข้างมากเนื่องจากมีการสูญเสียความร้อนอย่างต่อเนื่องจากด้านที่ร้อนของแผ่นเมมเบรนไปด้านที่เย็น

นักวิจัยที่ศูนย์วิจัย NEWT ของมหาวิทยาลัยไรซ์คิดค้นนวัตกรรมใหม่สร้างอนุภาคนาโนคาร์บอนแบล็กที่สามารถดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ได้ถึง 80% นำไปติดรวมกับแผ่นเมมเบรนด้านที่สัมผัสน้ำเค็ม อนุภาคนาโนจะดูดซับพลังงานจากแสงอาทิตย์และทำให้น้ำเค็มร้อนระเหยเป็นไอได้อย่างรวดเร็ว ไม่ต้องใช้พลังงานภายนอกมาอุ่นน้ำเค็มแบบเดิม

newt-desalination-3

ทีมวิจัยทำการทดสอบพิสูจน์แนวคิดในห้องทดลองด้วยชุดทดลองเล็กๆขนาดแสตมป์ 3 ดวง หนาไม่กี่มิลลิเมตร การทดลองได้ผลดี อัตราน้ำดื่มที่ผลิตได้จะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อใช้กระจกรวมแสงอาทิตย์

“ความเข้มข้นของพลังงานขึ้นไปถึง 17.5 กิโลวัตต์ต่อตารางเมตรเมื่อใช้เลนส์รวมแสงอาทิตย์ 25 เท่า และน้ำที่ผลิตได้เพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 6 ลิตรต่อตารางเมตรต่อชั่วโมง” Qilin Li หนึ่งในทีมวิจัยกล่าว

Li ยังบอกด้วยว่าทีมวิจัยได้สร้างระบบขนาดใหญ่ขึ้นมาเรียบร้อยแล้ว เป็นแผงขนาดยาว 75 ซม. กว้าง 25 ซม. โดยทีมงานต้องการจะทำเป็นระบบโมดูลาร์หรือแยกส่วนที่ผู้ใช้สามารถเลือกจำนวนแผงตามปริมาณน้ำที่ต้องการในแต่วันได้

“คุณสามารถนำมาต่อกันได้เหมือนกับแผงโซลาร์เซลล์” Li กล่าว “มันขึ้นอยู่กับอัตราการผลิตน้ำที่คุณต้องการ คุณสามารถคำนวณมันได้ เช่น ถ้าคุณต้องการผลิตน้ำ 20 ลิตรต่อชั่วโมง และมันผลิตได้ 6 ลิตรต่อตารางเมตรต่อชั่วโมง คุณก็สั่งซื้อแผงจำนวนมากกว่า 3 ตารางเมตรเล็กน้อย”

newt-desalination-2

ระบบผลิตน้ำจืดจากน้ำเค็มอยู่ระหว่างการพัฒนาจากหลายแห่ง ทั้งจากมหาวิทยาลัยอย่าง MIT, บริษัทใหญ่อย่าง IBM และบริษัทสตาร์ทอัพอย่าง Desolenator แต่ทีมวิจัย NEWT บอกว่าระบบของพวกเขาเป็นแบบแยกส่วน เคลื่อนย้ายพกพาสะดวก และสามารถนำไปใช้ในพื้นที่ที่ไม่มีไฟฟ้าได้

 

ข้อมูลและภาพจาก  rice.edu, newatlas

Leave a Reply

Your email address will not be published.