汚れた水や塩水を飲める水に変える新たな方法では、炭素を染み込ませた紙を使う。世界的な飲料水不足に対処するための、安価で効率的な選択肢となる可能性があり、とりわけ開発途上地域や自然災害の被災地で役立つ。
「極めて低コストの材料を使い、蒸発時に太陽エネルギーをほぼ最大限に利用するシステムを作ることができました。同時に、この過程での熱損失を最小限に抑えています」と、研究を主導したバッファロー大学工学・応用科学部の電気工学准教授、Qiaoqiang Gan氏は述べる。
学術誌Global Challengesに報告されたように、研究チームは小型の太陽熱蒸留器を製作した。「太陽蒸気発生器」と名付けられたこの装置は、太陽光から変換した熱を使って水を浄化または脱塩する。仕組みは次のとおりだ。太陽熱で水を蒸発させる。この過程で液体が気体へと変化する際、塩分や細菌などの不要な物質は残される。その後、水蒸気が冷えて液体に戻り、塩分や汚染物質を含まない水として別の容器に集められる。
「十分な飲料水を得られない人々は、何年も前から太陽熱蒸留器を使っていますが、こうした装置は効率がよくありません」と、博士課程の学生で、この研究の筆頭共同著者の一人であるHaomin Song氏は述べる。「例えば、多くの装置では蒸発の過程で液体全体を加熱するため、貴重な熱エネルギーが失われます。一方、鏡やレンズなどの集光器で太陽光を集めるシステムは高価です。」
研究チームは、こうした問題に対処するため、小型冷蔵庫ほどの大きさの太陽熱蒸留器を製作した。一般的なプラスチックで断熱材として機能し、必要に応じて浮具にもなる発泡ポリスチレンと、カーボンブラックを塗布した多孔質紙でできている。ナプキンのように紙が水を吸収し、カーボンブラックが太陽光を吸収して太陽エネルギーを熱に変え、蒸発に利用する。
この太陽熱蒸留器は、水を非常に効率よく水蒸気に変える。例えば、蒸発過程で失われた利用可能なエネルギーはわずか12％で、研究チームは前例のない効率だと考えている。この成果を可能にした要因の一つは、装置が水面の水だけを変換することにある。その水は摂氏44度で蒸発した。
試験結果に基づき、研究者らはこの蒸留器が1日に3～10リットルの水を生産できると考えている。同程度の大きさの市販の太陽熱蒸留器の多くが1日に1～5リットルを生産するのと比べ、性能が向上している。
新しい太陽熱蒸留器の材料費は1平方メートルあたり約1.60ドルで、材料をまとめて購入すればさらに下がる可能性がある。（対照的に、集光器を使うシステムは1平方メートルあたり200ドルを超える価格で販売されることもある。）商業化されれば、この装置の販売価格によって、水インフラの整備に必要とされる巨額の資金不足を最終的に縮小できる可能性がある。世界経済フォーラムによると、2010年から2030年までの世界全体の資金不足は26兆ドルと予測されている。
「私たちが開発している太陽熱蒸留器は小規模な地域社会に理想的です。家の屋根に設置した太陽光パネルで電力を生み出すのと同じように、人々が自分たちで飲料水を作れるようになります」と、共同著者で、バッファロー大学の客員研究員、また中国の復旦大学の博士課程学生であるZhejun Liu氏は述べる。
研究チームには、RENEW Instituteを含むバッファロー大学、復旦大学、ウィスコンシン大学マディソン校のメンバーも参加している。
資金の一部は、米国国立科学財団、中国国家自然科学基金、国家留学基金管理委員会から提供された。
