Ponad 2 mld ludzi na świecie wciąż nie ma dostępu do bezpiecznej wody słodkiej – wynika z raportu Organizacji Narodów Zjednoczonych z 2026 r. Zgodnie z danymi think tanku Pacific Institute liczba konfliktów na świecie związanych z wodą rośnie, zwłaszcza w ostatnich latach. W niektórych miejscach świata – szczególnie w rejonie Zatoki Perskiej – podstawą dostępu do wody pitnej są instalacje odsalania wody morskiej. Naukowcy z amerykańskiego University of Rochester opracowali metodę, która pozwala na energooszczędne odsalanie wody morskiej za pomocą paneli słonecznych bez szkodliwych odpadów, a jednocześnie – odzysk minerałów z wody, m.in. litu.

Jak działa ta metoda?

W publikacji opublikowanej na łamach „Light Science & Applications” naukowcy z University of Rochester opisali metodę odsalania wody morskiej, w której nie powstaje szkodliwa solanka, czyli mieszanka stężonej wody morskiej z chemikaliami po procesie. Solanka, po odprowadzeniu z powrotem do oceanu, solanka może szkodzić ekosystemom morskim, miejscowo zwiększając zasolenie wody i obniżając poziom tlenu.

Zastosowali oni specjalne, teksturowane laserowo panele z czarnego metalu, które wykorzystują światło słoneczne do odparowywania wody. Dzięki takiemu przygotowaniu powierzchni woda nie tworzy kropli, ale równomiernie rozprowadza się po panelu, dzięki czemu odparowuje szybciej. Jednocześnie automatycznie usuwane są osady soli z powierzchni roboczej, zapobiegając zatykaniu panelu. Zasada działania jest dość prosta: w miarę pochłaniania światła słonecznego woda intensywnie odparowuje z powierzchni panelu i skrapla się do postaci wody słodkiej. Jednocześnie rozpuszczone sole i minerały są odprowadzane z obszaru aktywnego paneli i osadzają się na niepoddanych obróbce laserowej częściach panelu, zwanych obszarami pasywnymi.

Na jakiej zasadzie się to dzieje? Badacze nazwali tę metodę efektem „pierścienia kawowego” (ang. the coffee ring effect).

Jeśli rozlejesz kawę na powierzchnię, woda w końcu wyparuje, a na zewnętrznej krawędzi pozostanie pierścień, który jest skupiskiem cząsteczek kawy. Używamy tej samej zasady, aby przenieść sole do strefy pasywnej.
Chunlei Guo, główny autor badania profesor optyki i fizyki oraz starszy naukowiec w Laboratorium Energetyki Laserowej, University of Rochester

Dlaczego to ważne?

Obecnie stosowane przemysłowe procesy odsalania wody oceanicznej są energochłonne, mają niski wskaźnik odzysku wody i generują dużą ilość szkodliwej solanki. Często wymagają także obróbki chemicznej przed i po uzdatnieniu wody. Do takich metod należą m.in. systemy odwróconej osmozy czy destylacji termicznej.

Jednocześnie woda w morzach i oceanach zawiera duże ilości soli – nie chodzi tylko o sól w potocznym tego słowa znaczeniu, czyli sól kuchenną (NaCl), ale sole różnych pierwiastków. Górnictwo na lądzie stoi przed licznymi wyzwaniami – przede wszystkim wyczerpywania się wysokiej jakości rud, ale także dużej energochłonności i szkodliwości dla środowiska. Jak twierdzą autorzy badania, „wydobycie cennych pierwiastków, takich jak lit i uran, bezpośrednio z wody oceanicznej byłoby wysoce pożądane, gdyby można je było zintegrować z systemem odsalania”.

Najlepszym sposobem byłoby osiągnięcie tzw. zerowego zrzutu cieczy (zerowego zrzutu solanki, ZLD) w procesie odsalania wody. Wyeliminowałoby to odpady ciekłe, a jednocześnie produkowałoby sole w postaci stałej jako produkt uboczny – w tym przypadku bardzo pożądany.

Takie systemy są już stosowane – w tradycyjnej wersji woda oceaniczna lub solanka jest wprowadzana do stawów krystalizacyjnych, gdzie woda naturalnie odparowuje. Takie podejście wymaga dużo czasu i dużych obszarów, a także grozi zanieczyszczeniem gleb i wód podziemnych w przypadku wycieku. „W związku z tym, zarówno pod względem ekologicznym, jak i ekonomicznym, wysoce pożądane jest opracowanie systemu odsalania ZLD zasilanego energią odnawialną, który mógłby jednocześnie szybko i skutecznie wytwarzać słodką wodę i pozyskiwać cenną sól morską bezpośrednio z wody oceanicznej” – podkreślili naukowcy.

Jak wydajna jest metoda?

Dzięki efektowi pierścienia kawowego, który pozwala na samooczyszczanie instalacji, system opracowany przez naukowców może działać nieprzerwanie przez tydzień. Ponadto śledzi on ruch słońca. Badacze osiągnęli szybkość parowania około 1,76 kg wody i szybkość pozyskiwania soli ponad 61 kg na metr kwadratowy panelu na godzinę w ciągu słonecznego dnia. Odpowiada to około 74 proc. wydajności konwersji energii słonecznej na parę i prawie 100 proc. wydajności ekstrakcji soli, zgodnie z opisanymi wynikami.

Naukowcy przetestowali swoją metodę na rzeczywistach próbkach wody – z Oceanu Atlantyckiego, Spokojnego i Indyjskiego oraz z Wielkiego Jeziora Słonego w USA. „Urządzenie skutecznie produkowało z nich wodę pitną, a sole wytrącały się w postaci osadu, zamiast pozostawać w postaci roztworu” – zaznaczyli badacze.

Odzysk litu

W powiązanym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Journal of Materials Chemistry zespół prof. Chunlei Guo wykazał, że te same panele słoneczne potrafią również oddzielać lit od innych związków. Aby to osiągnąć, naukowcy nanieśli nanocząsteczki związku tytanu w rowkach na powierzchni panelu z czarnego metalu. Związki te selektywnie izolują lit od innych rozpuszczonych w wodzie minerałów. Z próbki wody z Wielkiego Jeziora Słonego udało się w ten sposób odzyskać około 50 proc. litu. Lit jest wykorzystywany w produkcji baterii litowo-jonowych, stosowanych obecnie np. w pojazdach elektrycznych.

Jak przewidują badacze, ich technologia, oprócz odsalania wody, może znaleźć zastosowanie przy oczyszczaniu różnycg roztworów organicznych i nieorganicznych, a także przy odzysku rozpuszczalników. Przy zastosowaniu różnych cząsteczek, ich zdaniem będzie możliwe selektywne wychwytywanie wybranych minerałów z wody morskiej.