Recoltarea energiei solare pentru apă potabilă curată

O soluție la problema tot mai mare a disponibilității apei potabile curate este tehnologia directă de generare a aburului solar, care poate elimina contaminanții nocivi solubili în apă. Credit: Lei Miao de la SIT

Oamenii de știință analizează unele dintre cercetările din spatele unei tehnologii care ar putea cauteriza o criză globală a apei potabile.

O soluție nouă, dar promițătoare, pentru problemele mondiale ale deficitului de apă ar putea fi purificarea apei prin tehnologia de generare directă a aburului solar. Dar, în timp ce cercetătorii sunt pe cale să facă această tehnologie practic fezabilă, linia de sosire rămâne cu mult în urmă. Un nou studiu realizat în Elsevier Materiale pentru energie solară și celule solare ne conduce printr-o parte din această călătorie interesantă de cercetare, care include strategii pentru crearea de echipamente pentru optimizarea procesului de generare a aburului.

Fără apă potabilă nu există viață. Cu toate acestea, aproape 1,1 miliarde de oameni din întreaga lume nu au acces la apă dulce și alte 2,4 miliarde suferă de boli purtate de apă potabilă necurată. Acest lucru se datorează faptului că, deși știința a furnizat metode avansate de tratare a apei, cum ar fi distilarea membranelor și osmoza inversă, acestea sunt adesea dificil de implementat în țările în curs de dezvoltare datorită costului ridicat și productivitate scăzută.

O tehnologie mai nouă arată promisiunea ca alternativă la astfel de regiuni ale lumii: generarea directă de abur solar (DSSG). DSSG implică colectarea căldurii de la soare pentru a transforma apa în abur, desalinizarea acesteia sau curățarea de alte impurități solubile. Aburul este apoi răcit și colectat ca apă pură pentru utilizare.

Aceasta este o tehnologie simplă, dar un pas cheie, evaporarea, este introducerea unor obstacole pentru comercializare. Cu tehnologia existentă, performanța de evaporare a atins limita teoretică. Cu toate acestea, acest lucru nu este suficient pentru implementarea practică. Măsuri pentru îmbunătățirea designului dispozitivului pentru a minimiza pierderile de căldură solară înainte de a ajunge la apă în vrac, pentru a recicla căldura latentă în apă, pentru a absorbi și utiliza energia din împrejurimi și așa mai departe, sunt luate pentru a îmbunătăți performanța de evaporare limitele teoretice și să facă această tehnologie aplicabilă.

Într-o nouă lucrare publicată în Solar Energy Materials and Solar Cells, profesorul Lei Miao de la Shibaura Institute of Technology, Japonia, împreună cu colegii Xiaojiang Mu, Yufei Gu și Jianhua Zhou de la Guilin University of Electronic Technology, China, recenzie formulată în ultimii doi ani pentru a depăși această limită teoretică. „Scopul nostru este să rezumăm istoria dezvoltării de noi strategii de evaporare, să evidențiem deficiențele și provocările actuale și să prezentăm îndrumările viitoare de cercetare pentru a accelera implementarea practică a tehnologiei de purificare DSSG”, spune prof. Miao.

O strategie de pionierat cu care începe această saga evolutivă este sistemul volumetric, care, în loc de încălzirea în vrac, folosește o suspensie de metale nobile sau nanoparticule de carbon pentru a absorbi energia soarelui, pentru a transfera căldura în apa din jur. particule și generează abur. Deoarece acest lucru crește energia absorbită a sistemului, există o mulțime de pierderi de căldură.

Pentru a rezolva această problemă, a fost dezvoltat sistemul „tip de contact direct”, în care o structură cu două straturi cu pori de diferite dimensiuni acoperă apa în vrac. Stratul superior cu porii mai mari servește ca absorbant de căldură și calea de evacuare a vaporilor, iar stratul inferior cu porii mai mici este utilizat pentru transportul apei în sus de la vrac la stratul superior. În acest sistem, contactul dintre stratul superior fierbinte și apă este concentrat, iar pierderea de căldură este redusă la aproximativ 15%.

Apoi a apărut sistemul „2D Waterway” sau „tip de contact indirect”, care a redus și mai mult pierderile de căldură evitând contactul dintre absorbantul de energie solară și apa în vrac. Acest lucru a pregătit calea pentru dezvoltarea finală a sistemului “1D Road Water”, care este inspirat de procesul natural de transport al apei pe bază de capilare către plante. Acest sistem prezintă o rată de evaporare impresionantă de 4,11 kg m-2h-1, de aproape trei ori limita teoretică, împreună cu o pierdere de căldură de doar 7%.

Aceasta a fost urmată de tehnica de control al injecției prin care pulverizarea controlată a apei ca ploaie pe absorbantul de energie solară permite absorbția acesteia într-un mod imitând-o pe sol. Acest lucru are ca rezultat o rată de evaporare de 2,4 kg m-2h-1 cu o eficiență de conversie de 99% din energie solară în vapori de apă.

În paralel, strategiile de a câștiga energie suplimentară din mediu sau din apa în sine în vrac și de a recupera căldura latentă din aburul la temperaturi ridicate au evoluat pentru a îmbunătăți rata de evaporare. De asemenea, sunt dezvoltate tehnici pentru a reduce energia necesară evaporării, cum ar fi aerogelurile hidratante și absorbante de lumină, bureții din poliuretan cu nanoparticule de negru de fum și lemnul cu puncte de carbon (CD) pentru a împiedica evaporarea energiei solare și a apei. .

Există câteva alte astfel de strategii de proiectare și altele viitoare. Multe probleme relevante – cum ar fi colectarea apei condensate, durabilitatea materialului și durabilitatea în timpul aplicațiilor în aer liber în condiții de vânt și condiții meteorologice fluctuante – rămân de abordat.

Cu toate acestea, ritmul în care lucrurile progresează cu privire la această tehnologie ne face să o așteptăm cu nerăbdare. „Drumul către implementarea practică a DSSG este plin de probleme”, spune prof Miao. “Dar, având în vedere avantajele sale, există șansa ca acesta să fie una dintre soluțiile cheie pentru problema noastră tot mai mare a deficitului de apă potabilă”.

Referință: „Strategii pentru încălcarea limitării teoretice a evaporării în generarea directă de abur solar” de Xiaojiang Mu, Yufei Gu, Pengfei Wang, Anyun Wei, Yongzhi Tian, ​​Jianhua Zhou, Yulian Chen, Jiahong Zhang, Zhiqiang Sun, J Liu, Lixian Sun, Sakae Tanemura și Lei Miao, 19 octombrie 2020, Materiale pentru energie solară și celule solare.
DOI: 10.1016 / j.solmat.2020.110842

Finanțare: Programul național de cercetare și dezvoltare din China, Fundația China Guangxi pentru științe naturale, Programul de cercetare și dezvoltare tehnologică din Guangxi.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Apneea obstructivă în somn este frecventă la persoanele cu tulburări cognitive – este tratabilă

O tulburare de somn tratabilă în mod obișnuit la persoanele cu probleme de gândire și memorie. Apnee obstructivă în somn - respirația se oprește de...

Oamenii de știință dezvăluie cheia creșterii musculare adecvate

Analiza imunofluorescenței unui grup de celule stem proliferante asociate cu fibre musculare (gri). Celulele stem produc Dll1 (roșu) și MyoD (verde). Două...

ExoMars Orbiter surprinde fermitatea la locul de aterizare al craterului Mars Jezero

ESA-Roscosmos Trace Gas Orbiter a observat vehiculul NASA Perseverance Mars 2020, împreună cu o parașută și o carapace spate, un scut termic și o...

Reglarea cuantică în grafen avansează era comunicațiilor fără fir Terahertz de mare viteză

Tunelare cuantică. Credit: Daria Sokol / Biroul de presă MIPT Oamenii de știință de la MIPT, Universitatea Pedagogică de Stat din Moscova și Universitatea...

Utilizarea moleculelor vibrante pentru a investiga proprietățile undelor materiei

Ionii moleculari HD + (perechi de puncte galbene și roșii) într-o capcană de ioni (gri) sunt iradiați de o undă laser (roșu). Acest...

Newsletter

Subscribe to stay updated.