Теперь ученые добавили третий элемент — бумагу, пропитанную углеродом, — которая может превратить эту тактику выживания в высокоэффективный и недорогой способ превратить соленую и загрязненную воду в питьевую воду для личного пользования.Идея, которая может помочь решить проблему глобальной нехватки питьевой воды, особенно в развивающихся регионах и регионах, пострадавших от стихийных бедствий, описана в исследовании, опубликованном сегодня в Интернете (30 января 2017 г.) в журнале Global Challenges.«Используя чрезвычайно дешевые материалы, мы смогли создать систему, которая максимально использует солнечную энергию во время испарения.
В то же время мы сводим к минимуму потери тепла во время этого процесса», — говорит ведущий исследователь Цяоцян. Ган, доктор философии, доцент кафедры электротехники Университета Буффало, школа инженерии и прикладных наук.
Дополнительные члены исследовательской группы — из химического факультета UB, Университета Фудань в Китае, Университета Висконсин-Мэдисон и лаборатории Гана, который является членом Центра передового опыта штата Нью-Йорк UB в области информатики материалов и института RENEW UB. междисциплинарный институт, занимающийся решением сложных экологических проблем.Солнечный парогенератор
Чтобы провести исследование, команда построила небольшой солнечный аппарат. Устройство, которое они называют «солнечный парогенератор», очищает или опресняет воду, используя тепло, преобразованное из солнечного света.
Вот как это работает: солнце испаряет воду. Во время этого процесса остаются соль, бактерии или другие нежелательные элементы, поскольку жидкость переходит в газообразное состояние. Затем водяной пар охлаждается и возвращается в жидкое состояние, где он собирается в отдельном контейнере без соли и загрязняющих веществ.
«Люди, которым не хватает питьевой воды, годами используют солнечные батареи, однако эти устройства неэффективны», — говорит Хаомин Сонг, кандидат наук в UB и один из ведущих соавторов исследования. «Например, многие устройства теряют ценную тепловую энергию из-за нагрева основной жидкости в процессе испарения. Между тем системы, которым требуются оптические концентраторы, такие как зеркала и линзы, для концентрации солнечного света, являются дорогостоящими».
Исследовательская группа под руководством UB обратилась к этим проблемам, создав солнечную батарею размером с мини-холодильник. Он сделан из пенополистирола (обычный пластик, который действует как теплоизолятор и, при необходимости, как флотационное устройство) и пористой бумаги, покрытой углеродной сажей.
Как салфетка, бумага поглощает воду, а технический углерод поглощает солнечный свет и преобразует солнечную энергию в тепло, используемое при испарении.Солнечные батареи еще очень эффективно превращают воду в пар.
Например, только 12 процентов доступной энергии было потеряно в процессе испарения, что, по мнению исследовательской группы, беспрецедентно. Частично это стало возможным благодаря тому, что устройство преобразует только поверхностную воду, которая испарялась при 44 градусах Цельсия.Эффективно и недорого
Основываясь на результатах испытаний, исследователи полагают, что перегонный куб способен производить от 3 до 10 литров воды в день, что является улучшением по сравнению с большинством коммерческих солнечных перегонных станций аналогичного размера, производящих от 1 до 5 литров воды в день.Материалы для новой солнечной батареи по-прежнему стоят примерно 1,60 доллара за квадратный метр — цифра, которая может снизиться, если материалы будут закупаться оптом. (Напротив, системы, в которых используются оптические концентраторы, могут продаваться по цене более 200 долларов за квадратный метр.) В случае коммерциализации розничная цена устройства может в конечном итоге сократить огромный прогнозируемый дефицит финансирования — 26 триллионов долларов во всем мире в период с 2010 по 2030 год, согласно данным World Economic Форум — необходим для модернизации водной инфраструктуры.«Солнечная установка, которую мы разрабатываем, идеально подходит для небольших сообществ, позволяя людям вырабатывать собственную питьевую воду так же, как они вырабатывают собственную энергию с помощью солнечных батарей на крыше своего дома», — говорит Чжэцзюнь Лю, приглашенный научный сотрудник UB, кандидат наук. в Университете Фудань и одним соавтором исследования.
Исследование частично финансировалось Национальным научным фондом США, Национальным научным фондом Китая и Китайским стипендиальным советом.