Solcelledrevne kop brygger bedre saltlagebehandlinger

En ny destillationsenhed kan bedre genbruge forurenende stoffer produceret af et afsaltningsanlæg for at reducere affald dramatisk.

Når havvand renses ved hjælp af omvendt osmose membraner, en flydende saltlage, der indeholder salte og andre urenheder, bliver ofte bortskaffet direkte i miljøet. Strenge reguleringer presser nu afsaltningsanlæg til at vedtage principper om nul væskeudledning til at behandle dette spildevand. Nuværende teknologier, imidlertid, stole på dyre elektriske eller termiske behandlinger for at koncentrere saltvandet.

En mere bæredygtig tilgang er nu ved at blive undersøgt af Peng Wang og kolleger fra Water Desalination and Reuse Centerat KAUST. Holdet er ved at udvikle solar fototermisk destillationsenheder, der kan omdanne sollys til varme. Når den placeres på en typisk prøve af flydende saltlage, disse fototermiske enheder kan fordampe vand med 90 procent energieffektivitet.

Et problem med at bruge soldestillationsanordninger til at isolere rent vand fra saltlage er, at når væsken fordamper, er der en kraftig stigning i saltkoncentrationerne i spildevandet. Dette kan forårsage, at der dannes en tyk skorpe oven på det fototermiske materiale, blokerer for sollysabsorption og reducerer destillationshastigheden dramatisk.

Wang og kolleger så på, hvordan salt udfældede på flade, skiveformede membraner for bedre at forstå skorpedannelse. Soldestillationsforsøg viste, at den flerlagede silica-kulstof-silica-struktur af deres membraner effektivt fordampede rent vand, men ikke saltlage. Efter et par timer, saltkrystaller dukkede op ved diskens kanter, til sidst spredes til at dække det meste af membranen, med undtagelse af selve centrum.

"Da vi analyserede disse billeder, vi fokuserede på de centrale områder, der altid er afdækket selv med forskellige saltkoncentrationer, " siger Wang. "De hjalp os med at indse, at strukturelt design kan være nøglen til højere ydeevne, snarere end materiel syntese."

Ved hjælp af en simpel model, forskerne udledte, at den indre diameter af skorperingen kunne forudsiges ud fra saltvandets saltkoncentration. De antog, at ved at folde den flade membran til en ny form - en 3-D kop med en cirkulær base på den nøjagtige størrelse af den saltfri zone - kunne de få salte til at udfælde på koppens side over væskegrænsefladen.

Tests med 3-D-koppen gav bemærkelsesværdige resultater:med optimerede højde/base-forhold, enheden genvundne næsten 100 procent af saltlage som fast salt og kunne køre i dagevis uden vedligeholdelse.

"Indsigten fra dette arbejde er ret værdifuld, når vi bevæger os fremad og vurderer, hvordan 3-D solcellefordamper klarer sig med ægte afsaltningslaker, " siger Wang.