(Phys.org)—Gli scienziati della Rice University hanno svelato una nuova tecnologia rivoluzionaria che utilizza le nanoparticelle per convertire l'energia solare direttamente in vapore. Il nuovo metodo del "vapore solare" del Laboratorio di nanofotonica (LANP) di Rice è così efficace che può persino produrre vapore dall'acqua ghiacciata.

I dettagli del metodo del vapore solare sono stati pubblicati online oggi in ACS Nano . La tecnologia ha un'efficienza energetica complessiva del 24 percento. Pannelli solari fotovoltaici, a confronto, in genere hanno un'efficienza energetica complessiva di circa il 15%. Però, gli inventori del vapore solare hanno affermato di aspettarsi che i primi utilizzi della nuova tecnologia non saranno per la generazione di elettricità, ma piuttosto per l'igiene e la purificazione dell'acqua nei paesi in via di sviluppo.

"Si tratta di molto di più dell'elettricità, ", ha affermato il direttore della LANP Naomi Halas, lo scienziato capo del progetto. "Con questa tecnologia, stiamo cominciando a pensare al solare termico in un modo completamente diverso".

L'efficienza del vapore solare è dovuta alle nanoparticelle che catturano la luce e convertono la luce solare in calore. Quando immerso in acqua ed esposto alla luce solare, le particelle si riscaldano così velocemente da vaporizzare istantaneamente l'acqua e creare vapore. Halas ha affermato che l'efficienza energetica complessiva del vapore solare può probabilmente essere aumentata con il perfezionamento della tecnologia.

"Stiamo passando dal riscaldamento dell'acqua su macroscala al riscaldamento su nanoscala, Halas ha detto. "Le nostre particelle sono molto piccole, persino più piccole di una lunghezza d'onda della luce, il che significa che hanno una superficie estremamente piccola per dissipare il calore. Questo intenso riscaldamento ci permette di generare vapore localmente, proprio sulla superficie della particella, e l'idea di generare vapore localmente è davvero controintuitiva."

Per mostrare quanto sia controintuitivo, Lo studente laureato Rice Oara Neumann ha filmato una dimostrazione di vapore solare in cui una provetta di acqua contenente nanoparticelle attivate dalla luce è stata immersa in un bagno di acqua ghiacciata. Usando una lente per concentrare la luce solare sulla miscela quasi gelata nel tubo, Neumann ha mostrato che poteva creare vapore da acqua quasi congelata.

Il vapore è uno dei fluidi industriali più utilizzati al mondo. Circa il 90% dell'elettricità è prodotta dal vapore, e il vapore viene utilizzato anche per sterilizzare rifiuti medici e strumenti chirurgici, per preparare il cibo e per purificare l'acqua.

La maggior parte del vapore industriale viene prodotto in grandi caldaie, e Halas ha affermato che l'efficienza del vapore solare potrebbe consentire al vapore di diventare economico su scala molto più piccola.

Le persone nei paesi in via di sviluppo saranno tra le prime a vedere i benefici del vapore solare. Gli studenti universitari di Rice Engineering hanno già creato un'autoclave a vapore solare in grado di sterilizzare gli strumenti medici e dentistici nelle cliniche prive di elettricità. Halas ha anche vinto una sovvenzione Grand Challenges dalla Bill and Melinda Gates Foundation per creare un sistema su piccola scala per il trattamento dei rifiuti umani in aree prive di fognature o elettricità.

"Il vapore solare è notevole per la sua efficienza, " ha detto Neumann, il coautore principale del documento. "Non richiede ettari di specchi o pannelli solari. Infatti, l'impronta può essere molto piccola. Per esempio, la finestra luminosa nella nostra autoclave dimostrativa era di pochi centimetri quadrati."

Un altro potenziale utilizzo potrebbe essere l'alimentazione di sistemi ibridi di condizionamento e riscaldamento che si liberano della luce solare durante il giorno e dell'elettricità di notte. Hala, Neumann e colleghi hanno anche condotto esperimenti di distillazione e hanno scoperto che il vapore solare è circa due volte e mezzo più efficiente delle colonne di distillazione esistenti.

Hala, lo Stanley C. Moore Professor in Ingegneria Elettrica e Informatica, professore di fisica, professore di chimica e professore di ingegneria biomedica, è uno dei chimici più citati al mondo. Il suo laboratorio è specializzato nella creazione e nello studio di particelle attivate dalla luce. Una delle sue creazioni, nanoshell d'oro, è oggetto di numerosi studi clinici per il trattamento del cancro.

Per la tecnologia di trattamento del cancro e molte altre applicazioni, Il team di Halas sceglie particelle che interagiscono con poche lunghezze d'onda della luce. Per il progetto del vapore solare, Halas e Neumann hanno deciso di progettare una particella che interagisse con il più ampio spettro possibile di energia solare. Le loro nuove nanoparticelle sono attivate sia dalla luce solare visibile che da lunghezze d'onda più corte che gli umani non possono vedere.

"Non stiamo cambiando nessuna delle leggi della termodinamica, "Halas ha detto. "Stiamo solo facendo bollire l'acqua in un modo radicalmente diverso."