La nuova tecnica di purificazione dell'acqua prevede il drappeggio di un foglio di carta carbone imbevuto di una "V" capovolta. I bordi inferiori della carta assorbono l'acqua, mentre il rivestimento in carbonio assorbe l'energia solare e la trasforma in calore per l'evaporazione. Attestazione:Huaxiu Chen
L'idea di utilizzare l'energia del sole per far evaporare e purificare l'acqua è antica. Secondo quanto riferito, il filosofo greco Aristotele descrisse un tale processo più di 2, 000 anni fa.
Ora, i ricercatori stanno portando questa tecnologia nell'era moderna, usandolo per disinfettare l'acqua a quelli che riferiscono di essere tassi da record.
drappeggiando di nero, carta carbone imbevuta di forma triangolare e usarla per assorbire e vaporizzare l'acqua, hanno sviluppato un metodo per utilizzare la luce solare per generare acqua pulita con un'efficienza quasi perfetta.
"La nostra tecnica è in grado di produrre acqua potabile a un ritmo più veloce di quanto teoricamente calcolato sotto la luce solare naturale, ", afferma il ricercatore capo Qiaoqiang Gan, dottorato di ricerca, professore associato di ingegneria elettrica presso l'Università della Buffalo School of Engineering and Applied Sciences.
Come spiega Gan, "Generalmente, quando l'energia solare viene utilizzata per far evaporare l'acqua, parte dell'energia viene sprecata poiché il calore viene disperso nell'ambiente circostante. Ciò rende il processo meno efficiente del 100%. Il nostro sistema è in grado di assorbire calore dall'ambiente circostante, permettendoci di raggiungere un'efficienza quasi perfetta."
La tecnologia a basso costo potrebbe fornire acqua potabile in regioni dove le risorse sono scarse, o dove si sono verificati disastri naturali. I progressi sono descritti in uno studio pubblicato il 3 maggio sulla rivista Scienze avanzate .
Un componente centrale della nuova tecnologia è un foglio di carta carbone piegato in una "V" capovolta. La geometria inclinata della carta la mantiene fresca indebolendo l'intensità della luce che la illumina. (Una superficie piana sarebbe colpita direttamente dal sole.) Questo romanzo, l'architettura inclinata ha contribuito ad accelerare la generazione di vapore e acqua negli esperimenti. Credito:Youhai Liu
Il progetto, finanziato dalla National Science Foundation (NSF), è stata una collaborazione tra UB, Fudan University in Cina e l'Università del Wisconsin-Madison. Il dottorando Haomin Song e il dottorando Youhai Liu sono stati i primi autori dello studio.
Gan, Song e altri colleghi hanno lanciato una startup, Acqua pulita e soleggiata, per portare l'invenzione alle persone che ne hanno bisogno. Con il supporto del programma NSF Small Business Innovation Research, l'azienda sta integrando il nuovo sistema di evaporazione in un prototipo di distillatore solare, un depuratore d'acqua alimentato dal sole.
"Quando parli con funzionari governativi o organizzazioni non profit che lavorano in zone disastrate, vogliono sapere:'Quanta acqua puoi generare ogni giorno?' Abbiamo una strategia per migliorare le prestazioni quotidiane, " Dice la canzone. "Con un solare ancora delle dimensioni di un mini frigo, stimiamo di poter generare da 10 a 20 litri di acqua pulita ogni singolo giorno".
Modernizzare una tecnologia secolare
Gli alambicchi solari esistono da molto tempo. Questi dispositivi utilizzano il calore del sole per far evaporare l'acqua, lasciando il sale, batteri e sporco dietro. Quindi, il vapore acqueo si raffredda e ritorna allo stato liquido, a quel punto viene raccolto in un contenitore pulito.
La tecnica ha molti vantaggi. È semplice, e la fonte di energia, il sole, è disponibile un po' ovunque. Ma sfortunatamente, anche gli ultimi modelli solari sono in qualche modo inefficienti nel vaporizzare l'acqua.
Da sinistra a destra:i ricercatori Qiaoqiang Gan, Zongmin Bei e Haomin Song sono stati tra gli autori del nuovo studio in Advanced Science. I tre ingegneri e i loro colleghi stanno lavorando per portare l'impianto solare alle persone che ne hanno bisogno attraverso la loro startup, Acqua pulita e soleggiata. Credito:Douglas Levere/Università di Buffalo
Il team di Gan ha affrontato questa sfida attraverso un accurato, trucco controintuitivo:hanno aumentato l'efficienza del loro sistema di evaporazione raffreddandolo.
Un componente centrale della loro tecnologia è un foglio di carta imbevuta di carbone che viene piegato a forma di "V" capovolta, come il tetto di una casetta per uccelli. I bordi inferiori della carta pendono in una pozza d'acqua, assorbendo il liquido come un tovagliolo. Allo stesso tempo, il rivestimento in carbonio assorbe l'energia solare e la trasforma in calore per l'evaporazione.
Come spiega Gan, la geometria inclinata della carta la mantiene fresca indebolendo l'intensità della luce solare che la illumina. (Una superficie piana verrebbe colpita direttamente dai raggi del sole.) Poiché la maggior parte della carta patinata rimane a temperatura ambiente, it can draw in heat from the surrounding area, compensating for the regular loss of solar energy that occurs during the vaporization process.
Using this set-up, researchers evaporated the equivalent of 2.2 liters of water per hour for every square meter of area illuminated by the regular sun, higher than the theoretical upper limit of 1.68 liters, according to the new study. The team conducted its tests in the lab, using a solar simulator to generate light at the intensity of one regular sun.
"Most groups working on solar evaporation technologies are trying to develop advanced materials, such as metallic plasmonic and carbon-based nanomaterials, " Gan says. "We focused on using extremely low-cost materials and were still able to realize record-breaking performance.
"Importantly, this is the only example I know of where the thermal efficiency of the solar evaporation process is 100 percent when you consider solar energy input. By developing a technique where the vapor is below ambient temperature, we create new research possibilities for exploring alternatives to high-temperature steam generation."
