Μηχανικοί της Σχολής Μηχανικών του Α. James Clark του Πανεπιστημίου του Maryland δημιούργησαν μια καινοτόμο τεχνολογική λύση στην πιεστική παγκόσμια πρόκληση της λειψυδρίας δημιουργώντας μια σουίτα συσκευών παραγωγής ηλιακού ατμού που είναι ταυτόχρονα αποδοτικές, εύκολα προσβάσιμες, φιλικές προς το περιβάλλον, βιοδιασπώμενες, και σε εξαιρετικά χαμηλό κόστος!
Εμπνευσμένη από τη διαδικασία με την οποία το νερό μεταφέρεται από δέντρα από ρίζες σε μικρούς πόρους στην κάτω πλευρά των φύλλων, η ερευνητική ομάδα του UMD δημιούργησε αρκετούς νέους τρόπους με τους οποίους το νερό μπορεί να μεταφερθεί μέσω ξύλου, καθαρίζοντάς το για ασφαλή χρήση.
Η ενέργεια από τον ήλιο και ένα μπλοκ ξύλου μικρότερο από το χέρι του ενήλικα είναι τα μόνα συστατικά που χρειάζονται για να ζεσταθεί το νερό στο σημείο ατμού σε αυτές τις συσκευές.
Η παγκόσμια κρίση της λειψυδρίας είναι μια πιεστική παγκόσμια πρόκληση και η κατάσταση είναι πολύ χειρότερη στις αναπτυσσόμενες χώρες, όπου είναι δύσκολο να εξασφαλιστεί ασφαλές νερό για 1 δισεκατομμύριο ανθρώπους.
“Το κόστος και η κατασκευή αποτελούν βασικές προκλήσεις όσον αφορά τη χρήση της τεχνολογίας ηλιακού ατμού για αφαλάτωση θαλασσινού νερού και για πρώτη φορά οι δομές με βάση το ξύλο μπορούν ενδεχομένως να παρέχουν λύσεις”, δήλωσε ο Liangbing Hu, αναπληρωτής καθηγητής υλικών επιστήμης και τεχνολογίας των UMD
Ο Hu ενδιαφέρεται για την κλιμάκωση αυτών των συσκευών για εμπορική χρήση, η οποία περιλαμβάνει τον σχεδιασμό τρόπων για την εύκολη κατασκευή των συσκευών και τη μείωση του κόστους τους. Η ομάδα αγωνίζεται σε άλλες ερευνητικές ομάδες για να επινοήσει μια επιτυχημένη συσκευή παραγωγής ηλιακού ατμού που είναι οικονομικά αποδοτική και εύκολη στη χρήση.
Η ομάδα δοκιμάζει μερικές λύσεις με βάση την ιδέα της χρήσης μιας σκοτεινής επιφάνειας στο ξύλο για να ζεσταθεί το νερό και έπειτα να το τραβήξει μέσα από τις φυσικές πορώδεις δομές του ξύλου.
Φανταστείτε ένα μπολ μη καθαρισμένο νερό που κάθεται σε ένα ηλιόλουστο μέρος. Πάνω από αυτό επιπλέει ένα μικρό τεμάχιο ξύλου περίπου δύο ίντσες κατά δύο ίντσες. Η πλευρά του μπλοκ που βλέπει προς τα πάνω σκουραίνει, για να πιάσει τις ακτίνες του ήλιου. Καθώς ο ήλιος θερμαίνει το ξύλο, το νερό κάτω σχηματίζεται μέσα από τα φυσικά κανάλια του ξύλου.
Η καυτή σκοτεινή επιφάνεια εξατμίζει το νερό, το οποίο μπορεί να συμπυκνωθεί και να αποσταχθεί. Το άλας ή άλλοι ουσίες είναι πολύ “βαριές” για να εξατμιστούν, έτσι παραμένουν κάτω.
Ένα σχέδιο, όπως δημοσιεύεται στο περιοδικό Advanced Materials, χρησιμοποιεί νανοσωλήνες άνθρακα – μικροσκοπικές, φυσικά σκοτεινές δομές που καλλιεργούνται σε εργαστήριο – για να επικαλύψουν τη μία πλευρά του ξύλου και να ζεσταίνουν το νερό μέσα.
Ένα άλλο, που περιγράφεται στο περιοδικό Advanced Energy Materials, χρησιμοποιεί μεταλλικά νανοσωματίδια για να επιτύχει τα ίδια αποτελέσματα. Και τα δύο αυτά σχέδια είναι πολύ αποτελεσματικά, αλλά έρχονται με υψηλότερο κόστος παραγωγής.
Ένας άλλος καινοτόμος σχεδιασμός περιλαμβάνει την ανθρακοποίηση – ουσιαστικά, την καύση – το ανώτερο στρώμα του ξύλου για να δημιουργήσει μια σκοτεινή επιφάνεια. Η ομάδα το δοκίμασε με τα κανάλια του φυσικού ξύλου προσανατολισμένα προς τα πάνω και προς τα κάτω, ακριβώς όπως θα βρίσκονταν στο εσωτερικό του δέντρου.
Με το ίδιο μέτρο που χρησιμοποιήθηκε για τη δοκιμή της αποτελεσματικότητας των ηλιακών κυττάρων, η ομάδα μέτρησε πόσο αποτελεσματικές είναι οι συσκευές παραγωγής ηλιακού ατμού. Η πιο αποδοτική συσκευή ήταν το καμένο ξύλο, με αποδοτικότητα 87% στους δέκα ήλους του φωτός. Ήταν επίσης το λιγότερο ακριβό για την παραγωγή, έρχονται σε μόνο έαν δολάριο ανά τετραγωνικό μέτρο.
Μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison, με επικεφαλής τον καθηγητή Zongfu Yu του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών, μελέτησε την ελαφριά παγίδευση στο επεξεργασμένο ξύλο.
Παρόλο που δεν είναι καλύτερο οι λίστες απόδοσης ή κόστους, οι άλλες συσκευές έχουν επίσης τα πλεονεκτήματά τους. Η εκδοχή με επίστρωση νανοσωλήνων άνθρακα είναι επίσης εύκαμπτη, επειδή το συστατικό που κάνει το ξύλο άκαμπτο, λιγνίνη, απομακρύνθηκε.
Η συσκευή που έχει επικαλυφθεί με μεταλλικά νανοσωματίδια έδειξε μια αυτοκαθαριζόμενη όψη όταν τοποθετήθηκε σε αλμυρό νερό. Κατά τη διάρκεια της ημέρας, το αλάτι ήταν πολύ βαρύ για να εξατμιστεί και αφέθηκε πίσω. Κατά τη διάρκεια της προσομοιωμένης νύχτας (12 ώρες χωρίς ηλιακό φως) το άλας διαλύθηκε από την υγρή επιφάνεια.
με Αριθμό Μητρώου 12691
