Experimentell och numerisk undersökning av en enkel enkel-slope solavdunstare förbättrad med porösa absorberande material: termiska, ekonomiska och miljömässiga bedömningar

Att förvandla solljus till dricksvatten

För miljontals människor som lever i torra, soliga regioner kan salt eller bräckt vatten vara riktligt medan säkert dricksvatten är sällsynt. En enkel apparat, en solavdunstare, kan omvandla solljus till färskt vatten med bara ett grunt kar, ett transparent lock och den naturliga cykeln av avdunstning och kondensation. Denna studie undersöker hur tillägg av vardagliga porösa material som en kökssvamp eller vulkanisk sten kan få dessa lågteknologiska enheter att producera mer vatten, till lägre kostnad, samtidigt som utsläpp som värmer klim atet minskas.

En enkel låda som efterliknar vattnets kretslopp

En enkel-slope solavdunstare är i grunden ett litet växthus lagt på sidan. Saltvatten ligger i ett mörkt kar under ett sluttande glaslock. Solljuset passerar genom glaset, värmer vattnet och får det att avdunsta. Den fuktiga luften stiger, når det kallare glaset och bildar droppar som rinner ner i en uppsamlingsränna som destillerat, drickbart vatten. Traditionella konstruktioner är billiga och robusta men lider av låg produktion: även en solig dag producerar de vanligtvis mindre än en liter per kvadratmeter, vilket begränsar deras användbarhet för familjer eller byar som behöver pålitliga tillgångar.

Tillägg av svampar och stenar för ökad produktion

Forskarna testade tre varianter av denna grundläggande enhet i det heta, torra klimatet i Karbala, Irak: en traditionell enhet med ett bart kar; en version där karet fylldes med pimpsten, en lätt porös bergart; och en annan fylld med melaminsvamp, ett mycket lätt, högporöst skum som ofta används för rengöring. Dessa material suger upp vatten och exponerar det för luften genom otaliga små porer. Det ökar kraftigt den yta där avdunstning kan ske, samtidigt som det förändrar hur värme lagras och frigörs inne i apparaten.

Fältprov och datorverifiering

Alla tre avdunstare kördes sida vid sida utomhus under naturligt solljus, med grunt bräckt vatten liknande det som kan finnas i landsbygdsbrunnar. Teamet mätte noggrant temperaturer för vattnet, ångan och glaset, samt mängden destillerat vatten som producerades varje timme. Samtidigt byggde de en detaljerad dator modell av värme- och vätskeflödet inne i avdunstaren med ingenjörssimuleringsprogramvara. De simulerade temperaturerna och produktionerna matchade experimenten väl — inom cirka 2,4 procent — vilket gav förtroende för att modellen fångade nyckelfysiken och kunde användas för att utforska prestanda i andra förhållanden.

Mer vatten, lägre kostnad och renare luft

De porösa materialen gjorde en tydlig skillnad. Melaminsvampsenheten producerade cirka 1,35 liter färskt vatten per dag — 56,9 procent mer än den traditionella enheten — medan pimpstensversionen ökade produktionen med cirka 22,9 procent. Högre vatten- och ångtemperaturer inne i de modifierade enheterna ledde till mer avdunstning och snabbare kondensation på glaset, och melaminsvampens extremt höga porositet (mer än 99 procent tomrum) visade sig vara särskilt effektiv. Termisk verkningsgrad, ett mått på hur stor del av inkommande solljus som omvandlas till avdunstning, ökade från cirka 31,5 procent i den traditionella avdunstaren till 38,2 procent med pimpsten och 49,3 procent med svamp.

Ekonomi, energi och miljö

Eftersom dessa system är avsedda för låginkomsttagande, off-grid‑samhällen, undersökte teamet inte bara fysiken utan också ekonomi och miljöpåverkan. Även efter att ha räknat in inköp, underhåll och slutligt skrotvärde gav melaminsvampsenheten den lägsta vattenkostnaden, cirka 0,076 US-dollar per liter, en minskning med 35 procent jämfört med den traditionella konstruktionen. Dess finansiella återbetalningstid — hur lång tid det tar innan besparingarna från producerat vatten täcker initialinvesteringen — var cirka två och ett halvt år, kortare än både den bara enheten och pimpstensversionen. Ur ett energiperspektiv återvann avdunstare n den energi som användes för att tillverka dem på betydligt under ett år, även om kvaliteten på den energin (dess förmåga att utföra användbart arbete) förblev begränsad, vilket speglar en grundläggande nackdel med lågtemperaturuppvärmning. Miljömässigt kan ersättning av eldriven avsaltning eller pumpning med dessa soldrivna avdunstare undvika ungefär 1,6 metriska ton koldioxidutsläpp per år för varje melaminsvampsenhet.

Vad detta betyder för torra, soliga regioner

Kort sagt, att packa karet i en enkel solavdunstare med en billig, högporös svamp förvandlar den till en betydligt mer produktiv och kostnadseffektiv vattenproducent. Processen är fortfarande bäst lämpad för småskalig användning — hushåll, gårdar eller avlägsna platser — men erbjuder ett lovande, lågt underhålls sätt att omvandla hårt solljus och marginalvatten till en jämn ström av säkert dricksvatten. Studien visar att genomtänkt användning av vanliga material kan nästan halvera kostnaden per liter, snabba upp återbetalningen och minska klimatutsläppen, vilket gör solavdunstare till ett mer praktiskt verktyg i kampen mot vattenbrist.

Citering: Majeed, S.H., Rashid, F.L., Azziz, H.N. et al. Experimental and numerical investigation of single-slope solar still performance enhanced by porous absorbing materials: thermal, economic, and environmental assessments. Sci Rep 16, 8487 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41901-9

Nyckelord: solavsaltning, solavdunstare, porösa material, melaminsvamp, off-grid vatten