התפלה תרמו-סולארית ללא תוספים וללא סילוק מי שיוט עם כריית מינרלים מלאה ממי הים

הפיכת אור השמש ומי הים למי שתייה

קהילות חופיות רבות מתמודדות עם פרדוקס: הן מוקפות במי ים אך חסרות מים בטוחים לשתייה. המאמר מתאר שיטה חדשה להפיכת מי אוקיינוס למים מתוקים באמצעות אור שמש בלבד, תוך חדירה של מינרלים שימושיים מהים. הגישה נמנעת מפליטת מי שיוט מזוהמים שנוצרת ברבות מן מתקני ההתפלה הקיימים, ושואפת לדרך נקייה ויעילה יותר להבטחת מים ומשאבים יקרי ערך.

מדוע ההתפלה הנוכחית לא מספיקה

מתקני התפלה קונבנציונליים, כגון מבוססי אוסמוזה הפוכה, צורכים אנרגיה רבה ומפחיתים נפחי מי שיוט מרוכזים המשולבים בכימיקלים חזרה לסביבה. מי שיוט זה עלולים לפגוע בחי הימי, במערכות חופיות ואפילו במי התהום. במקביל, מי הים מכילים כמויות עצומות של מינרלים מומסים, כולל כמה נדירים ויקרים על היבשה. באופן אידיאלי, מערכת אחת תספק מים מתוקים, תהפוך מלחים מומסים לצורה מוצקה ותעשה זאת בלי לשחרר פסולת נוזלית.

פאנל מתכתי מונע שמש ש"שותה" מהים

כדי לענות על האתגר בנו החוקרים פאנל מתכתי מיוחד שבו זמנית סופג מי ים וסופג קרינת שמש. הם משתמשים בשיטת עיבוד לייזר מהירה לחריטת משטח של אלומיניום דק ל"יערות" של חריצים זעירים מצופים במבנים אף יותר קטנים. טיפול זה הופך את המתכת לשחורה כעורב וסופגת מאוד, כך שהיא ממירה כמעט את כל אור השמש הנכנס לחום. הוא גם הופך את המשטח לסופג-כנף-על (superwicking), כלומר שכבת מים דקה יכולה לטפס במורד על פני החריצים, נמשכת על ידי כוחות נימים. כאשר השמש מאירה את הפאנל, השכבה הדקה מתחממת והמים מתאדים במהירות לאדי, והמלחים המומסים נשארים על המשטח.

שמירה על אזור העבודה נקי ממלח

הצטברות מלח בדרך כלל משביתה מפעילי אידוי סולאריים על ידי חסימת זרימת המים והחזרת אור. ההישג המרכזי בעבודה זו הוא שהפאנל המעוצב בלייזר דוחף אוטומטית את גבישי המלח החדשים משטח העבודה המרכזי לאזורים צדדיים שבהם ניתן לאספם. המחברים מראים כי חריצי משטח עמוקים ורחבים יותר מספקים זרימה חזקה של מי ים יחסית טריים שמגיעים אל חזית המלח הגדלה. תצפיות מיקרוסקופיות מגלות כי ההתאדות מרוכזת תחילה בקצה החיצוני של המים, בדומה ל"טבעת הקפה" שנוצרת בהתייבשות טיפה. לאחר מכן נכנס תהליך שנקרא זחילת מלח: שכבות דקות של מים מלוחים נעות על קרום המלח הנקבובי, ממסות אותו מקומית ומתגבשות מחדש כלפי החוץ. שלב חוזר זה גורם לקצה המלח לנוע הרחק מאזור הפעילות, שמשאיר את המרכז נקי ויעיל.

מים מתוקים ומינרלים מוצקים ללא מי שיוט מזיקים

בניסויים מבוקרים במעבדה תחת קרינת שמש סטנדרטית, עיצוב הפאנל המותאם מגיע לשיעור התאדות של כ־1.76 קילוגרם מים למטר מרובע לשעה, כאשר כשלושה רבעים מאנרגיית השמש הנכנסת מושקעים בהמסה של המים. במקביל, כמעט כל המלח שהיה במי הים המאדים מופיע כגבישים מוצקים באזורי הפאנל הפסיביים, כך שכמעט כלום אינו חוזר למים שמתחת. במהלך פעולה רציפה בת שבועיים, גם ייצור המים וגם איסוף המלח נשמרים יציבים, בעוד המליחות של מי הים הנותרים נשארת כמעט קבועה, מה שמצביע על כך שלא נבנית בריכת מי שיוט נוזלית. ניסויים עם מי ים מהאוקיינוסים האטלנטי, השקט וההודי הראו ביצועים דומים, והמים המעוברים עומדים בתקני מי שתייה מקובלים.

לכרות מהים תוך הפיכתו לנשכר לשתייה

החומרים המוצקים שנאספו מכילים את המלחים הרגילים הצפויים כגון נתרן, מגנזיום, אשלגן וסידן, אך גם כמויות זעירות של יסודות יקרי ערך יותר כמו זהב, צזיום, ברום ואורניום. המחברים מציעים שבאמצעות הוספת ציפויים סלקטיביים לחלקים מהפאנל, ניתן להגדיר את המערכת ללכוד מתכות מסוימות כמו ליתיום תוך שמירה על ייצור מים מתוקים. מאחר שהפאנל יכול למשוך מים במעלה, ניתן להטות אותו כך שימשיך לעקוב אחרי השמש בשמיים, ובכך לשפר את התפוקה היומית. בפשטות, עבודה זו מצביעה על דרך מעשית להפוך אור שמש ומי ים למים ראויים לשתייה ולמינרלים ניתנים לחציבה, תוך הימנעות מסיכונים סביבתיים של פלט מי שיוט.

ציטוט: Tang, L., Singh, S.C., Wei, R. et al. Additive-free and brine-discharge-free solar-thermal desalination with simultaneous complete mineral mining from ocean water. Light Sci Appl 15, 246 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-026-02315-4

מילות מפתח: התפלה סולארית, מי ים, אפס פליטת נוזלים, ח recuperación מינרלים, טיהור מים