Egyszerű, napenergiával működő víz sótalanítás

A rendszer új szintű hatékonyságot ér el a napfény kiaknázásában, hogy friss ivóvizet készítsen tengervízből

Az MIT és Kína kutatói által kifejlesztett, teljesen passzív napenergiával működő sótalanító rendszer óránként több mint 1,5 liter friss ivóvizet nyújthat a napkollektor négyzetméterenként. Az ilyen rendszerek hatékonyan és olcsón tudják biztosítani a szárazföldi partvidékeket, hogy hatékony és olcsó vízforrást biztosítsanak.

napenergiával

A rendszer többféle lapos napelpárologtatót és kondenzátort használ, függőleges tömbben sorakozva, átlátszó aerogél szigeteléssel. Ezt írja le az Energy and Environmental Science folyóiratban ma megjelent cikk, amelyet az MIT doktori hallgatói, Lenan Zhang és Lin Zhao, Zhenyuan Xu posztdoktor, gépészmérnök professzor és Evelyn Wang, valamint nyolc további munkatárs írtak az MIT-nél és a Shanghai Jiao-nál. Tong Egyetem Kínában.

A rendszer hatékonyságának kulcsa abban rejlik, ahogyan a több szakasz mindegyikét felhasználja a víz sótalanításához. Minden szakaszban az előző szakasz által felszabadított hő kerül felhasználásra, nem pedig pazarlásra. Ily módon a csapat bemutató készüléke 385 százalékos összhatékonyságot érhet el, amikor a napfény energiáját a víz elpárolgásának energiájává alakítja.

Az eszköz lényegében egy többrétegű napenergia, párologtató és kondenzáló komponensekkel, mint amilyeneket a szesz desztillálásához használnak. Lapos panelek segítségével veszi fel a hőt, majd ezt a hőt egy vízrétegbe továbbítja, hogy az elpárologni kezdjen. Ezután a gőz a következő panelen kondenzálódik. Ez a víz összegyűlik, míg a párakondenzációból származó hő a következő rétegbe kerül.

Valahányszor a gőz egy felületen kondenzálódik, hőt bocsát ki; tipikus kondenzátor rendszerekben ez a hő egyszerűen elvész a környezet számára. De ebben a többrétegű párologtatóban a felszabadult hő a következő párologtató rétegbe áramlik, újrafeldolgozva a napenergiát és növelve az általános hatékonyságot.

"Amikor sűríti a vizet, az energia hőként szabadul fel" - mondja Wang. "Ha több szakasza van, akkor kihasználhatja ezt a hőt."

További rétegek hozzáadása növeli az ivóvíz előállításának konverziós hatékonyságát, de mindegyik réteg költségeket és ömlesztést is jelent a rendszerben. A csapat egy 10 fokozatú rendszert választott ki koncepciókontroll készülékéhez, amelyet egy MIT épület tetején teszteltek. A rendszer tiszta vizet szállított, amely meghaladta a városi ivóvíz-normákat, 5,78 liter/négyzetméter (kb. 1,52 gallon/11 négyzetméter) napkollektor területre. Ez több mint kétszerese annak a rekordmennyiségnek, amelyet korábban egy ilyen passzív napenergiával működő sótalanító rendszer termelt, mondja Wang.

Elméletileg, több sótalanítási szakasz és további optimalizálás mellett az ilyen rendszerek elérhetik az általános hatékonysági szintet akár 700 vagy 800 százalékig, mondja Zhang.

Néhány sótalanító rendszertől eltérően nincs só vagy koncentrált sóoldat, amelyet ártalmatlanítani kell. Szabadon lebegő konfigurációban a nap folyamán felhalmozódó sókat a kutatók szerint éjjel egyszerűen visszavezetik a kanonokba és visszavezetik a tengervízbe.

Bemutató egységüket többnyire olcsó, könnyen hozzáférhető anyagokból építették, mint például egy kereskedelmi forgalomban kapható fekete napelnyelő és papírtörlő a kapilláris kanóc számára, hogy a vizet érintkezésbe hozza a napelnyelővel. A passzív napsótalanító rendszerek előállítására irányuló kísérletek többségében a napelnyelő anyag és a nedvszívó anyag egyetlen elem volt, amelyhez speciális és drága anyagok szükségesek - mondja Wang. - Ezt a kettőt sikerült leválasztani.

A prototípus legdrágább alkatrésze egy átlátszó aerogélréteg, amelyet szigetelőként használnak a verem tetején, de a csapat javasolja, hogy alternatívaként más olcsóbb szigetelőket is alkalmazhassanak. (Maga az aerogél olcsón szennyezett szilícium-dioxidból készül, de gyártásához speciális szárítóberendezésekre van szükség.)

Wang hangsúlyozza, hogy a csapat legfontosabb hozzájárulása keretrendszer az ilyen többlépcsős passzív rendszerek optimalizálásának megértéséhez, amelyeket termikusan lokalizált többlépcsős sótalanításnak neveznek. Az általuk kifejlesztett képletek valószínűleg alkalmazhatók különféle anyagokra és eszköz architektúrákra, lehetővé téve a rendszerek további optimalizálását különböző működési skálák vagy helyi viszonyok és anyagok alapján.

Az egyik lehetséges konfiguráció az úszó panelek lennének a sós víztesten, például egy elárasztott tóban. Ezek folyamatosan és passzívan vezethetik az édesvizet csöveken keresztül a partra, mindaddig, amíg naponta süt a nap. Más rendszereket úgy lehet kialakítani, hogy egyetlen háztartást szolgáljanak, esetleg lapos panelt használva egy nagy sekély tengervíz tartályba, amelyet pumpálnak vagy bejuttatnak. A csapat becslései szerint egy nagyjából 1 négyzetméteres napgyűjtő területtel rendelkező rendszer megfelelhet a egy személy napi ivóvízigénye. A termelésben úgy gondolják, hogy egy család igényeinek kielégítésére kiépített rendszer körülbelül 100 dollárért felépülhet.

A kutatók további kísérleteket terveznek az anyagok és konfigurációk választásának optimalizálása, valamint a rendszer tartósságának tesztelése reális körülmények között. Dolgozni fognak azon is, hogy laboratóriumi méretű készüléküket úgy alakítsák át, hogy a fogyasztók számára alkalmas legyen. A remény az, hogy végső soron szerepet játszhat a vízhiány enyhítésében a fejlődő világ olyan részein, ahol a megbízható áram kevés, de a tengervíz és a napfény rengeteg.

A kutatócsoportba Bangjun Li, Chenxi Wang és Ruzhu Wang tartoztak a Sanghaji Jiao Tong Egyetemen, valamint Bikram Bhatia, Kyle Wilke, Youngsup Song, Omar Labban és John Lienhard, aki az MIT Abdul Latif Jameel vízprofesszora. A kutatást a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítvány, a Szingapúr-MIT Kutatási és Technológiai Szövetség, valamint az MIT Tata Technológiai és Design Központ támogatta.