אספקת מי שתייה נקיים תמיד נחשבה כזכות אנושית בסיסית באזורים רבים, אך המצב בחלקים רבים של העולם שונה מאוד. העולם השלישי נאבק על מי שתייה נקיים. מערכת תברואה חדשה המבוססת על לייזר אלומיניום יכולה לסייע למדינות מתפתחות לספק מים נקיים ולהציל חיים.
צוות מחקר בראשות סבהש סינג מהמכון לאופטיקה באוניברסיטת רוצ'סטר בניו יורק מאמין כי תברואה מים מבוססי שמש עשויה להיות המפתח לאספקת מים נקיים ברי קיימא לאוכלוסיית העולם הגדלה במהירות. תוצאות המחקר פורסמו בכתב העת Nature Sustainability.
ארגון הבריאות העולמי רשם קרינה אולטרה סגולה כדי לחטא בקבוקים שקופים ועיקור חום של מכולות אטומות כשיטות לניקוי מים על פני תקופה. יש גם מערכות רבות בשוק המשתמשות באור השמש כדי לטהר מים. אבל למערכות האלה יש פגמים ברורים: בעיות מדרגיות. מערכת שיכולה לחטא קבוצה קטנה של אנשים או משפחה לא יכולה להיות שימושית מאוד בעת חיטוי עיר או כפר שלם. יחד עם העלויות הקשורות של מערכת חיטוי המים, 1 מכל 9 אנשים (כ-785 מיליון בני אדם) לא יכול לקבל מים נקיים. ביניהם, מיליון אנשים מתים מדי שנה בשל מחסור במים נקיים.
צוות המחקר גילה מספר בעיות עם מערכת תברואה המים הנוכחית, במיוחד הבעיה של אידוי ממשק מונחה שמש. אלה כוללים, אך אינם מוגבלים: חוסר היכולת לשלוט במגבלת המעקב הסולארי של אידוי הממשק, מה שאומר שכאשר זווית השמש משתנה, הריכוז האופטי יקטן, וכתוצאה מכך ירידה ביכולת החיטוי. בעיה נוספת היא אפקט החסימה המפחית באופן חמור את יעילות הציוד.
מאז מערכת החינוי הסולארי הנוכחית משתמשת במערכת חימום "מלמטה למעלה", רוב האנרגיה שנוצרת תאבד באמצעות אידוי מים ואוויר. מערכות מסוימות פותרות בעיית יעילות זו על-ידי החדרת מערכת ייצור אנרגיה תרמית סולארית בממשק האוויר/מים. מכיוון שמשטח זה צף על המים, לא ניתן למקם אותו במדויק כדי להתמודד עם אור האירוע, ובעיית ההסתימה תחמיר על ידי מגע עם מי הליבה.
בנוסף, יש בעיה חשובה מאוד: מטהרי השמש הנוכחיים יכולים רק למנוע זיהום ביולוגי. ישנם גם מספר רב של מזהמים אחרים, במיוחד מתכות כבדות, שלא טופלו.
הצוות הציע להשתמש במשטח עם ספיגת מים סופר וספיגת אור סופר כדי לחטא מים עם אנרגיה סולארית. משטח זה עם ספיגת מים סופר וספיגת אור סופר מורכב אלומיניום, אשר קל להשיג ונמוך בעלות.
עם זאת, אלומיניום מסורתי לא מטופל אין את המאפיינים נקבוביים הנדרשים לספיגת מים. בנוסף, פני השטח שלו מחזירי אור, כך שהוא אינו סופג אור. כדי לפתור בעיה זו, צוות המחקר לייזר אלומיניום עם פולסים לייזר femtosecond. המשטח הנקבובי שנוצר על ידי טיפול לייזר זה מאפשר למים לרוץ במהירות קבועה של כ 2 מילימטרים לשנייה תחת השפעת הכבידה. משמעות הדבר היא כי מים יכולים להיות מועברים אל משטח הספיגה הסולארית עבור חיטוי.
לכן, משטח נקבובי זה ניתן להתקין על הפלטפורמה הצפה בכל זווית כדי להגדיל את השכיחות של קרני שמש. משמעות הדבר היא גם כי לוח זה מחובר למערכת מעקב השמש כדי לעקוב אחר מסלול השמש ולשמור על רמת החיטוי במצב הטוב ביותר.
החוקרים התמקדו גם בצורה של משטח נקבובי זה ואיך הוא דיסציטור חום דרך מים. הם מצאו כי פני השטח בצורת U יכולים למזער את המגע עם פני המים, מה שהופך אותו למודל חסכוני ביותר באנרגיה כיום. עד כה, שיעור האידוי שהצוות רשם אפילו עולה על הציוד האידיאלי במצב פעולה יעיל של 100%.
צוות המחקר לא רק בדק מים מזוהמים ביולוגית, אלא גם בדק מים מזוהמים על ידי מזהמים אחרים כגון מתכות, פסולת ביתית וחקלאית. המחקר שלהם מצא כי צפיפות המים ירדה ב-4 עד 5 הזמנות בסדר גודל. פגוש את תקן WHO למי שתייה בטוחים.