Saubere Stromversorgung
Veröffentlicht auf 15. Juli 2020 |
vom Gastbeitragenden
15. Juli 2020 durch Gastbeitrag
Ursprünglich veröffentlicht am Universität von Rochester.
Die solare Wasserreinigung reduziert Verunreinigungen viel effektiver als nur das Kochen von Wasser. Es gibt verschiedene Methoden zur solarbasierten Reinigung, aber keine war so effizient wie eine neue Methode, die im Labor des Optikprofessors der Universität Rochester, Chunlei Guo, entwickelt wurde und lasergeätzte Aluminiumplatten verwendet.
Durch das Ätzen von Metall mit ultrakurzen Laserstrahlen zeigen Rochester-Forscher einen Weg, Wasser zu reinigen, ohne Energie zu verschwenden.
Inmitten der Coronavirus-Pandemie wird den Menschen in den Industrieländern eine ausreichende Versorgung mit sauberem Wasser zugesichert, damit sie sich so oft wie nötig die Hände waschen können, um sich vor dem Virus zu schützen. Und doch ist fast einem Drittel der Weltbevölkerung nicht einmal sauberes Trinkwasser zugesichert.
Universität von Rochester Forscher haben nun einen Weg gefunden, dieses Problem zu lösen, indem sie Sonnenlicht – eine Ressource, auf die jeder zugreifen kann – verwenden, um kontaminiertes Wasser mit einer Effizienz von mehr als 100 Prozent zu verdampfen und zu reinigen.
Wie ist das möglich?
In einer Zeitung in Nachhaltigkeit in der Natur, Forscher im Labor von Chunlei Guo, Professor für Optik, demonstrieren, wie ein Ausbruch von Femtosekundenlaserpulsen die Oberfläche eines normalen Aluminiumblechs in ein superwicking (wasseranziehendes), super energieabsorbierendes Material ätzt.
Wenn die Oberfläche in einem der Sonne zugewandten Winkel ins Wasser gestellt wird,
- Zieht einen dünnen Wasserfilm nach oben über die Metalloberfläche
- Behält fast 100 Prozent der Energie, die es von der Sonne absorbiert, um das Wasser schnell zu erwärmen
- Gleichzeitig werden die intermolekularen Bindungen des Wassers verändert, wodurch die Effizienz des Verdampfungsprozesses noch weiter gesteigert wird.
Die Verwendung von Sonnenlicht zum Kochen ist seit langem als ein Weg zur Beseitigung mikrobieller Krankheitserreger und zur Verringerung der Todesfälle durch Durchfallinfektionen anerkannt. Kochendes Wasser beseitigt jedoch keine Schwermetalle und andere Verunreinigungen.
Experimente des Labors zeigen, dass ihre neue Methode das Vorhandensein aller gängigen Verunreinigungen wie Waschmittel, Farbstoffe, Urin, Schwermetalle und Glycerin auf sichere Werte für das Trinken reduziert.
Solarbasierte Wasseraufbereitung: Suche nach einer effizienten Methode
Durch die solare Wasserreinigung können Verunreinigungen erheblich reduziert werden, da fast alle Verunreinigungen zurückbleiben, wenn das verdampfende Wasser gasförmig wird und dann kondensiert und gesammelt wird.
Die gebräuchlichste Methode zur solaren Wasserverdampfung ist Volumenheizung, in dem ein großes Wasservolumen erhitzt wird, aber nur die oberste Schicht verdampfen kann. Dies sei offensichtlich ineffizient, sagt Guo, da nur ein kleiner Teil der Heizenergie verbraucht werde.
Ein effizienterer Ansatz, genannt Grenzflächenheizunglegt schwimmende, mehrschichtige absorbierende und saugende Materialien auf das Wasser, so dass nur Wasser in der Nähe der Oberfläche erwärmt werden muss. Die verfügbaren Materialien müssen jedoch alle horizontal auf dem Wasser schweben und können nicht direkt der Sonne zugewandt sein. Darüber hinaus verstopfen die verfügbaren Dochtwirkungsmaterialien schnell mit Verunreinigungen, die nach dem Verdampfen zurückbleiben, und erfordern einen häufigen Austausch der Materialien.
Das vom Guo-Labor entwickelte Panel vermeidet diese Ineffizienzen, indem eine dünne Wasserschicht aus dem Reservoir und direkt auf die Oberfläche des Solarabsorbers zum Erhitzen und Verdampfen gezogen wird. „Da wir eine Oberfläche mit offenen Rillen verwenden, ist die Reinigung durch einfaches Sprühen sehr einfach“, sagt Guo.
"Der größte Vorteil", fügt er hinzu, "besteht darin, dass der Winkel der Paneele kontinuierlich angepasst werden kann, um der Sonne beim Aufgang direkt zugewandt zu sein und sich dann vor dem Untergang über den Himmel zu bewegen" – Maximierung der Energieabsorption.
"Es gab einfach nichts Vergleichbares zu dem, was wir hier tun können", sagt Guo.
Neueste in einer Reihe von Anwendungen
Guo, der auch an den Physik- und Materialwissenschaftsprogrammen der Universität beteiligt ist, hat sich seit langem eine Reihe humanitärer Anwendungen für eine effiziente solare Reinigungsmethode vorgestellt. "Dies ist eine einfache, dauerhafte und kostengünstige Möglichkeit, um die globale Wasserkrise zu bewältigen, insbesondere in Entwicklungsländern", sagt er und merkt an, dass dies dazu beitragen könnte, Wasserknappheit in von Dürre betroffenen Gebieten zu beseitigen und bei Wasserentsalzungsprojekten hilfreich zu sein, fügt er hinzu.
Das Projekt wurde mit Mitteln der Bill and Melinda Gates Foundation, der National Science Foundation und des US Army Research Office unterstützt.
Ausgewähltes Bild mit freundlicher Genehmigung von Universität von Rochesterüber Youtube
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