Solar fordamper tilbyder en frisk rute til ferskvand

Omkring en milliard mennesker verden over mangler adgang til rent drikkevand. Afsaltning af saltvand til drikkevand kan hjælpe med at udfylde dette farlige hul. Men traditionelle afsaltningssystemer er alt for dyre at installere og betjene mange steder, især i lavindkomstlande og fjerntliggende områder.

Nu har forskere ved University of Marylands A. James Clark School of Engineering demonstreret en vellykket prototype af én kritisk komponent til overkommelig afsaltning i lille skala:en billig solcellefordamper, lavet af træ. Fordamperen genererer damp med høj effektivitet og minimalt behov for vedligeholdelse, siger Liangbing Hu, lektor i materialevidenskab og teknik og tilknyttet Maryland Energy Innovation Institute.

Designet anvender en teknik kendt som grænsefladefordampning, "som viser et stort potentiale som reaktion på global vandknaphed på grund af sin høje sol-til-damp-effektivitet, lav miljøbelastning, og bærbar enhedsdesign med lave omkostninger, " siger Hu. "Disse funktioner gør den velegnet til generering og rensning af vand uden for nettet, især for lavindkomstlande."

Grænsefladefordampere er lavet af tynde materialer, der flyder på saltvand. Absorberer solvarme på toppen, fordamperne trækker konstant saltvandet op nedefra og omdanner det til damp på deres øverste overflade, efterlader saltet, forklarer Hu, som er seniorforfatter på et papir, der beskriver værket i Avancerede materialer .

Imidlertid, med tiden kan der opbygges salt på denne fordampningsoverflade, gradvist forringende ydeevne, indtil den fjernes, han siger.

Hu og hans kolleger minimerede behovet for denne vedligeholdelse med en anordning lavet af basswood, der udnytter træets naturlige struktur af de mikron-brede kanaler, der fører vand og næringsstoffer op i træet.

Forskerne supplerer disse naturlige kanaler ved at bore en anden række af millimeter brede kanaler gennem et tyndt tværsnit af træet, siger Yudi Kuang, en gæsteforsker og hovedforfatter på papiret. Efterforskerne udsætter derefter kort overfladen for høj varme, som forkuler overfladen for større solabsorption.

I Operation, da enheden absorberer solenergi, det suger saltvand op gennem træets naturlige mikron-brede kanaler. Salt udveksles spontant fra disse små kanaler gennem naturlige åbninger langs deres sider til de langt bredere borede kanaler, og derefter let opløses tilbage i vandet nedenfor.

"I laboratoriet, vi har med succes demonstreret fremragende antifouling i en lang række saltkoncentrationer, med stabil dampproduktion med omkring 75 % effektivitet, " siger Kuang.

"Ved at bruge naturligt træ som det eneste udgangsmateriale, den saltafvisende solcellefordamper forventes at være billig, " tilføjer forskningsmedarbejder Chaoji Chen. Fordampertilgangen er også effektiv i andre træsorter med lignende naturlige kanaler. Forskerne optimerer nu deres system til højere effektivitet, lavere kapitalomkostninger, og integration med en dampkondensator for at fuldføre afsaltningscyklussen.

Hu's laboratorium har også for nylig udviklet en anden solopvarmet prototypeenhed, der udnytter karboniseret træs evne til at absorbere og distribuere solenergi - denne skabt til at hjælpe med at rense spild af svære at indsamle tunge olier. "Vores forkullede træmateriale viser hurtig og effektiv absorption af råolie, samt lave omkostninger og skalerbart produktionspotentiale, " siger Kuang, hovedforfatter på et papir om forskningen i avancerede funktionelle materialer.

"Træ er et spændende materiale stillads, med sin unikke hierarkisk porøse struktur, og det er en vedvarende, rigelige og omkostningseffektive ressourcer, " siger Hu. "I vores laboratorium, Den grundlæggende forståelse af biomaterialer (især træ) fører os til at opnå en ekstraordinær ydeevne, der er konkurrencedygtig med udbredte, men ikke-bæredygtige materialer."

Blandt andre projekter hans laboratorium har skabt lette og effektive "nanowood"-isoleringsmaterialer. Det har også konstrueret "supertræ", der er 12 gange stærkere og 10 gange hårdere end naturligt træ, og potentielt kan erstatte stål, titanium eller kulfiber i visse applikationer, han siger.