Marangoni-effekten kan bruges til at få ferskvand fra havet

En undersøgelse udført på Politecnico di Torino, i samarbejde med Massachusetts Institute of Technology (MIT), og publiceret i tidsskriftet Energi- og miljøvidenskab , præsenterer en solafsaltningsanordning, der er i stand til spontant at fjerne ophobet salt. I fremtiden, denne opdagelse kan føre til udvikling af bæredygtige afsaltningssystemer med stabil effektivitet over tid

Akilleshælen for vandafsaltningsteknologier er krystalliseringen af ​​saltpartikler i de forskellige komponenter i enheden. Dette tilstopningsfænomen forårsager en reduktion i ydeevne over tid, hvilket begrænser holdbarheden af ​​disse enheder. At tackle dette problem er vigtigt for at sikre en konstant produktion af ferskvand over tid. For nylig, innovative nanostrukturerede materialer med anti-tilstopningsegenskaber er blevet foreslået, med potentiale til at begrænse saltakkumulering. Imidlertid, de høje omkostninger ved disse materialer gør storskalaproduktion af kommercielle prototyper vanskelig.

Ud fra dette problem, et team af ingeniører fra energiafdelingen i Politecnico di Torino (SMaLL), i samarbejde med Massachusetts Institute of Technology (MIT), har grundigt undersøgt de mekanismer, der ligger til grund for transporten af ​​saltpartikler i afsaltningsapparater. Undersøgelsen startede efter at have bemærket en uoverensstemmelse mellem eksperimentelle observationer og klassiske teoretiske modeller for salttransport. I særdeleshed, ingeniørerne fra Politecnico di Torino, efter mere end to års numerisk forskning og laboratorieforskning finansieret af Compagnia di San Paolo (MITOR-projektet) og CleanWaterCenter (CWC), har vist, at denne store forskel i salttransporten skyldes den såkaldte Marangoni-effekt. Baseret på denne opdagelse, forskerne fra Politecnico di Torino (Matteo Morciano, Matteo Fasano, Eliodoro Chiavazzo og Pietro Asinari, som også har stillingen som videnskabelig direktør for National Institute of Metrological Research—INRiM) og MIT (Svetlana V. Boriskina) har skabt en prototype, der er i stand til at afsalte havvand på en bæredygtig måde og spontant fjerne det salt, der er akkumuleret under drift.

Marangoni-effekten er et fænomen, der også findes i naturen, som kan observeres i hverdagen:"I en vandig opløsning, flydende molekyler interagerer med hinanden gennem intermolekylære bindinger, der genererer kræfter kaldet 'kohæsionskræfter'. To opløsninger med forskellige koncentrationer vil have forskellige kohæsionskræfter. Tilstedeværelsen af ​​denne koncentrationsvariation, og derfor af samhørighedskræfter, får væsken til at flyde væk fra områder med lav koncentration, generere en genblandingsproces. Denne effekt er ansvarlig for de 'tårer' af vin, der observeres på glassets vægge, når de rystes.

Marangoni-effekten, på grund af en ændring i koncentrationen i væsken, kan derfor konstrueres og udnyttes til at øge genblandingen af ​​opløsninger med forskellige koncentrationer. I vores afsaltningsanlæg (hvor de behandlede opløsninger er baseret på havvand i forskellige koncentrationer), dette fænomen gør det muligt at undgå akkumulering af salt i fordamperne, sikring af konstant og vedvarende produktivitet af destilleret vand, og sikring af de komponenter, der er udsat for forringelse. Vores strategi var derfor at designe en enhed, der kunne udnytte denne effekt fuldt ud, at opnå et yderligere skridt mod fremtidige kommercielle anvendelser af enheden", forklarer Matteo Morciano, forsker ved Energiafdelingen i Politecnico di Torino og førsteforfatter af forskningen.

I den nuværende version og i betragtning af et område til absorption af solenergi på omkring en kvadratmeter, afsaltningsapparatet kan levere mere end 15 liter vand pr. dag. Desuden, takket være Marangoni-effekten, saltfjernelsesprocessen er op til 100 gange hurtigere end forudsigelser baseret på spontan diffusion, således fremmer en hurtig genoprettelse af komponenternes egenskaber.

Resultaterne af denne undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet Energi- og miljøvidenskab , kan have vigtige implikationer i designet af en ny generation af afsaltningsmaterialer og -anordninger, giver dem mulighed for spontant at 'selvrense' det akkumulerede salt og garanterer stabil og langvarig ydeevne. Yderligere forskning er i øjeblikket i gang på CleanWaterCenter i Politecnico di Torino, med det formål at gøre prototypen industrialiserbar og mere alsidig.