Syntetisk træ forbedrer soldampgenerering til høst af drikkevand

Omkring 2,2 milliarder mennesker globalt mangler pålidelig adgang til rent drikkevand, ifølge FN, og de voksende virkninger af klimaændringer vil sandsynligvis forværre denne virkelighed.

Solar steam generation (SSG) er dukket op som en lovende vedvarende energiteknologi til vandindsamling, afsaltning, og rensning, der kunne gavne folk, der har mest brug for det i fjerntliggende samfund, katastrofehjælpsområder, og udviklingslande. I Anvendt fysik bogstaver , Virginia Tech-forskere udviklede et syntetisk træ til at forbedre SSG.

SSG omdanner solenergi til varme. Vand fra en lagertank suger hele tiden småt op, flydende porøse søjler. Når vandet når laget af fototermisk materiale, det fordamper, og dampen kondenseres til drikkevand.

En stor udfordring ved opskalering af SSG-teknologi er grænsen i kapillærkraften ud over en bestemt søjlehøjde, når vandet ikke kan væge hurtigt nok til at følge med i fordampningsprocessen. Kapillærkraften, baseret på overfladespændingen, der får vand til at "klatre" et porøst papirhåndklæde, driver vandet mod fordamperen.

Inspireret af mangrovetræer, der trives langs kyster, forskerne omgik denne forhindring ved at skabe et syntetisk træ til at erstatte kapillærvirkningen med transpiration, processen med vandbevægelse gennem en plante og dens fordampning fra blade, stilke, og blomster. Transpiration kan pumpe vand op i isoleringsrør i enhver ønsket højde.

I rigtige træer, transpiration begynder ved rødderne, som suger vand op gennem hule kar lavet af xylemvæv. Når vandet varmer, det frigives som damp gennem porer på undersiden af ​​blade.

Det syntetiske træ består af et 19-rørs array, dækket af en nanoporøs keramisk skive, der tjener som bladet. Hvert plastrør, efterligning af xylemrørene, er 6 centimeter høj, lige under 2,5 tommer, med en indvendig diameter på 3,175 millimeter, omkring en tiendedel af en tomme.

Opsætningen gør det muligt for fordampningsgrænsefladen at adskille termisk fra bulkvandet i tanken, så fordamperen ikke tørrer ud. Vand, der fordamper fra skiven, genopfyldes ved sugning, som løbende pumper mere vand fra en bundtank op i rørarrayet.

"Vi forventer, at vores træbaserede solar dampgenerator vil være af interesse for applikationer i underjordisk vandudvinding og rensning, " sagde forfatter Jonathan Boreyko. "Det ultimative mål er at opnå et sugetryk, der er stærkt nok til at trække havvand gennem et salt-ekskluderende filter uden at kræve en mekanisk pumpe, analogt med, hvordan mangrovetræer er i stand til at vokse i havvand."

Fremtidig forskning kunne fokusere på at fremstille højere træer, tilføje flere blade for at øge det område, hvor fordampningen finder sted, og inkorporering af afsaltningsmembraner ved rørindløbene for at forhindre saltopbygning.