«Комбинация воды и графеновых хлопьев»: российские учёные создали новую технологию опреснения

Российские исследователи из МЭИ нашли способ заставить графен работать как сверхэффективный «нагреватель» для воды, ускоряя ее испарение почти вдвое без затрат электричества или тепла из сети. Под воздействием солнечного света жидкость с наночастицами испаряется на 68–95% быстрее обычной. Это открытие способно кардинально изменить подход к опреснению морской воды и переработке промышленных стоков, а также повысить КПД солнечных электростанций.

Принцип действия: графен как «ловушка» для света

Секрет технологии кроется в физических свойствах графена — углеродного материала толщиной всего в несколько атомов. Ученые добавили в дистиллированную воду хлопья графена размером с человеческую клетку и толщиной в 3–5 атомов углерода. Концентрация добавки составила всего 5%. В ходе экспериментов команда облучала образцы светом в разных диапазонах спектра, включая синий, зеленый, красный и инфракрасный.

Ключевые результаты тестов

Оказалось, что графен избирательно поглощает излучение. Дальний инфракрасный свет нагревал как чистую воду, так и наножидкость одинаково — он поглощается самой водой. Синий спектр не оказал влияния ни на один из образцов. Красный свет, напротив, даже охладил воду. Однако зеленый и ближний инфракрасный диапазоны показали впечатляющий результат: за полтора часа температура воды с графеном поднялась с 15,5 до 18,5 °C, тогда как чистая вода осталась холодной.

Под прямыми солнечными лучами эффект многократно усилился. Графеновые хлопья нагреваются, аккумулируя энергию, и передают тепло окружающей жидкости. Это приводит к лавинообразному ускорению испарения.

Технологические перспективы: от пустыни до энергетики

Сейчас команда разработчиков работает над главной проблемой — стабильностью суспензии. Частицы графена имеют свойство оседать на дно, что снижает эффективность системы. Ученые ищут способы удержать их во взвешенном состоянии на протяжении всего цикла работы установки. «Комбинация воды и графеновых хлопьев может служить хорошей рабочей жидкостью, способной поглощать широкий диапазон длин волн для прямого преобразования солнечного излучения в тепловую энергию, — пояснила доцент кафедры низких температур Московского энергетического института Инна Михайлова. — Полученные нами данные позволят решить многие прикладные задачи в таких областях, как солнечная энергетика и традиционные тепловые системы». Ранее в мире уже предпринимались попытки использовать наноматериалы для ускорения испарения, однако российским физикам удалось добиться рекордного показателя в 95% без использования внешних источников энергии. Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда, а его результаты были опубликованы в профильном журнале Solar Energy. Если инженерам удастся решить проблему осаждения частиц, технология может лечь в основу автономных опреснительных станций для засушливых регионов и систем рекуперации тепла на солнечных электростанциях. В отличие от традиционных мембранных фильтров, графеновый метод не требует высокого давления и частой замены расходников, что значительно снижает эксплуатационные расходы.