Опреснение воды: тепло возобновляемых источников

Исследователи из Университета МакГилла продемонстрировали перспективный и экономичный метод опреснения морской воды. Технология, названная термически приводимым обратным осмосом (TDRO), использует поршневую систему, работающую на низкотемпературном тепле от солнечных, геотермальных и других возобновляемых источников энергии, для производства пресной воды.

Хотя предыдущие исследования намекали на потенциал этого метода, данное исследование впервые анализирует термодинамические пределы TDRO. Результаты приближают нас к реализации технологии, которая может значительно улучшить доступ к пресной воде и повысить устойчивость инфраструктуры.

«Большинство процессов опреснения основаны на обратном осмосе, который требует электричества для пропускания воды через мембрану», — пояснил Джонатан Мэзоннёв, один из авторов исследования и доцент кафедры биоресурсов. «Проблема использования тепла в том, что его требуется много, чтобы достичь того же эффекта, что и от небольшого количества электричества. Поэтому, если мы найдем способ использовать существующее тепло из возобновляемых источников, это может быть очень выгодно, поскольку такое тепло повсеместно доступно», — добавил он.

Работа «Термически приводимый обратный осмос: термодинамика нового процесса, использующего тепло для опреснения и очистки воды», авторами которой являются Сабер Ханмохаммади, Санджана Ягнамбхатт, Дэн ДеЛвесково и Джонатан Мэзоннёв, была опубликована в журнале Desalination 15 октября 2025 года.

Решение проблем дефицита воды и энергии

Опреснение воды с использованием электричества, которое часто недоступно в отдаленных районах, требует примерно от одного до четырех киловатт-часов (кВт·ч) для производства одного кубического метра пресной воды. Согласно анализу исследователей, оптимизировав ряд элементов конструкции, предложенной исследователем из MIT Питером Годартом, TDRO потребует 20 кВт·ч на кубический метр.

«Разница все еще велика по сравнению с одним-четырьмя кВт·ч, но поскольку тепло дешевле электричества, нам не обязательно полностью устранять этот разрыв», — отметил Мэзоннёв. Принцип работы TDRO заключается в нагреве и охлаждении небольшого количества жидкости во внутренней камере, называемой рабочей жидкостью. Этот цикл изменения температуры расширяет рабочую жидкость, заставляя ее приводить в движение поршень, который продавливает морскую воду через мембрану обратного осмоса — таким образом, объединяя термодинамический цикл с очисткой воды.

Изучив и оптимизировав соотношение рабочей жидкости к морской воде, а также размеры поршней, исследователи продемонстрировали, что TDRO обладает лучшим потенциалом производительности, чем предполагалось ранее. Метод также хорошо сопоставим с существующими технологиями термического опреснения, но, по словам ученых, требуются дальнейшие исследования.

«Далее нам нужно детально смоделировать систему, определить скорость ее работы и учесть ряд неидеальных факторов, таких как теплопотери в окружающую среду», — заключил Мэзоннёв.