Circa 2,2 miliardi di persone nel mondo non hanno un accesso affidabile all'acqua potabile pulita, secondo le Nazioni Unite, e i crescenti impatti dei cambiamenti climatici rischiano di peggiorare questa realtà.

La generazione di vapore solare (SSG) è emersa come una promettente tecnologia di energia rinnovabile per la raccolta dell'acqua, desalinizzazione, e purificazione che potrebbe avvantaggiare le persone che ne hanno più bisogno nelle comunità remote, aree di soccorso in caso di catastrofe, e nazioni in via di sviluppo. In Lettere di fisica applicata , I ricercatori della Virginia Tech hanno sviluppato un albero sintetico per migliorare l'SSG.

SSG trasforma l'energia solare in calore. L'acqua di un serbatoio assorbe continuamente piccoli, colonne porose galleggianti. Una volta che l'acqua raggiunge lo strato di materiale fototermico, evapora, e il vapore viene condensato in acqua potabile.

Una delle principali sfide nell'espansione della tecnologia SSG è il limite nella forza capillare oltre una certa altezza della colonna, quando l'acqua non può assorbire abbastanza velocemente da tenere il passo con il processo di evaporazione. La forza capillare, in base alla tensione superficiale che fa sì che l'acqua "scali" un tovagliolo di carta poroso, spinge l'acqua verso l'evaporatore.

Ispirato dagli alberi di mangrovie che prosperano lungo le coste, i ricercatori hanno aggirato questo ostacolo creando un albero sintetico per sostituire l'azione capillare con la traspirazione, il processo del movimento dell'acqua attraverso una pianta e la sua evaporazione dalle foglie, steli, e fiori. La traspirazione può pompare acqua su tubi isolanti di qualsiasi altezza desiderata.

Negli alberi veri, la traspirazione inizia alle radici, che aspirano l'acqua attraverso vasi cavi costituiti da tessuto xilematico. Mentre l'acqua si scalda, si rilascia sotto forma di vapore attraverso i pori della pagina inferiore delle foglie.

L'albero sintetico è costituito da un array di 19 tubi, ricoperto da un disco ceramico nanoporoso, che funge da foglia. Ogni tubo di plastica, imitando i condotti xilematici, è alto 6 centimetri, poco meno di 2,5 pollici, con un diametro interno di 3,175 millimetri, circa un decimo di pollice.

La configurazione consente all'interfaccia di evaporazione di separarsi termicamente dall'acqua sfusa nel serbatoio, in modo che l'evaporatore non si asciughi. L'acqua che evapora dal disco viene reintegrata per aspirazione, che pompa continuamente più acqua da un serbatoio inferiore fino alla serie di tubi.

"Prevediamo che il nostro generatore di vapore solare basato su alberi sarà di interesse per applicazioni nell'estrazione e purificazione dell'acqua sotterranea, " L'autore Jonathan Boreyko ha detto. "L'obiettivo finale è raggiungere una pressione di aspirazione abbastanza forte da tirare l'acqua dell'oceano attraverso un filtro che esclude il sale senza richiedere una pompa meccanica, analogo a come gli alberi di mangrovie sono in grado di crescere nell'acqua dell'oceano".

La ricerca futura potrebbe concentrarsi sulla fabbricazione di alberi più alti, aggiungendo più foglie per aumentare l'area su cui avviene l'evaporazione, e incorporando membrane di desalinizzazione agli ingressi del tubo per prevenire l'accumulo di sale.