Để giải quyết vấn đề cung cấp nước ngọt bền vững, các nhà nghiên cứu đã phát triển nhiều hệ thống khử muối bằng năng lượng mặt trời trong những năm gần đây. Tuy nhiên, khó khăn thường gặp là sự tích tụ muối, có thể làm tắc nghẽn hệ thống và ảnh hưởng đến tốc độ sản xuất nước. Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu tại MIT và Đại học Giao thông Thượng Hải đã lấy cảm hứng từ một hiện tượng tự nhiên: dòng hải lưu sâu được điều khiển như thế nào bởi sự khác biệt về mật độ nước biển, một quá trình được gọi là tuần hoàn nhiệt muối.
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một hệ thống khử muối mới sử dụng năng lượng mặt trời có thể sản xuất một lượng lớn nước uống và sử dụng công nghệ lấy cảm hứng từ đại dương để tránh vấn đề tắc nghẽn muối. Khi được mở rộng quy mô, hệ thống có thể cung cấp đủ nước uống đáp ứng nhu cầu hàng ngày của một gia đình nhỏ.
Hệ thống mới của các nhà nghiên cứu cải tiến thiết kế trước đó của họ, một khái niệm tương tự bao gồm nhiều lớp được gọi là "giai đoạn". Mỗi giai đoạn chứa một thiết bị bay hơi và bình ngưng, sử dụng ánh sáng mặt trời để tách muối một cách thụ động khỏi nước đi vào. Mặc dù nó sử dụng hiệu quả năng lượng mặt trời để làm bay hơi nước nhưng nó có thể bị tắc sau vài ngày do tích tụ muối. Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã thử phương pháp tuần hoàn nhiệt muối để giảm bớt sự tích tụ muối.
Thiết bị một tầng được thiết kế mới trông giống như một chiếc hộp mỏng bên trên là vật liệu tối màu giúp hấp thụ nhiệt của mặt trời. Bên trong hộp được chia thành phần trên và phần dưới. Nước chảy qua phần trên, và một lớp thiết bị bay hơi trên trần nhà sử dụng sức nóng của mặt trời để làm nóng và làm bay hơi nước tiếp xúc trực tiếp với nó. Hơi nước được vận chuyển đến nửa dưới và lớp ngưng tụ làm mát hơi nước thành nước uống không chứa muối.
Toàn bộ hộp bị nghiêng, năng lượng nhiệt từ mặt trời khiến nước chảy qua và tạo ra các dòng xoáy. Chuyển động này giúp nước tiếp xúc với lớp bay hơi phía trên đồng thời duy trì sự tuần hoàn muối và ngăn chặn sự kết tủa và tắc nghẽn của muối.
Nghiên cứu Xu Zhenyuan, một trong những tác giả tương ứng, cho biết: "Chúng tôi hiện đã giới thiệu một loại đối lưu mạnh hơn, tương tự như loại đối lưu dài hàng km mà chúng ta thường làm nhìn thấy trong đại dương. Khi nước biển tiếp xúc với không khí, ánh sáng mặt trời sẽ làm nước biển bay hơi. Khi nước rời khỏi bề mặt, muối vẫn còn. Nồng độ muối càng cao, chất lỏng càng đậm đặc và nước càng nặng hơn sẽ chảy xuống. Bằng cách mô phỏng hiện tượng này ở quy mô một km trong hộp nhỏ, chúng ta có thể khai thác đặc điểm này để đẩy muối. nước biển tự nhiên thành nước có độ mặn cao hơn bảy lần. Họ cho biết, nếu được mở rộng với kích thước của một chiếc vali nhỏ, hệ thống có thể tạo ra 4 đến 6 lít (1,1 đến 1,6 gallon) nước mỗi giờ và tồn tại trong vài năm trước khi cần thay thế các bộ phận. Các nhà nghiên cứu cho biết
Do hệ thống có tốc độ sản xuất nước cao, tỷ lệ loại bỏ muối cao, tuổi thọ dài, sử dụng năng lượng mặt trời và không cần điện nên tổng chi phí vận hành hệ thống sẽ thấp hơn chi phí sản xuất nước máy ở Hoa Kỳ.
Đồng tác giả Yang Zhong cho biết: "Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy loại thiết bị này có thể đạt được tuổi thọ lâu dài. Điều này có nghĩa là lần đầu tiên, nước uống được sản xuất bằng ánh sáng mặt trời có thể rẻ hơn nước máy. Điều này mang lại khả năng khử mặn nước biển bằng năng lượng mặt trời để giải quyết các vấn đề thực tế."
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Joule.