Ý tưởng sử dụng năng lượng từ mặt trời để bốc hơi và làm sạch nước là cổ xưa. Nhà triết học Hy Lạp Aristotle đã mô tả quá trình này cách đây hơn 2.000 năm.
Bây giờ, các nhà nghiên cứu đang đưa công nghệ này vào thời hiện đại, sử dụng nó để khử trùng nước theo những gì họ báo cáo là tỷ lệ phá kỷ lục.
Bằng cách draping giấy màu đen, nhúng carbon trong một hình dạng tam giác và sử dụng nó để hấp thụ và bốc hơi nước, họ đã phát triển một phương pháp để sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra nước sạch với hiệu quả gần như hoàn hảo.
“Kỹ thuật của chúng tôi có thể sản xuất nước uống với tốc độ nhanh hơn được tính toán theo lý thuyết dưới ánh sáng mặt trời tự nhiên”, nhà nghiên cứu dẫn đầu Qiaoqiang Gan, phó giáo sư kỹ thuật điện tại trường Đại học Buffalo thuộc Khoa Kỹ thuật và Ứng dụng cho biết.
Kỹ thuật lọc nước mới liên quan đến việc phủ một tờ giấy được nhúng cacbon vào một chữ “V.” lộn ngược. Các cạnh đáy của giấy thấm nước, trong khi lớp phủ carbon hấp thụ năng lượng mặt trời và biến nó thành nhiệt để bay hơi. Nhà cung cấp hình ảnh: Huaxiu Chen
Như Gan giải thích, “Thông thường, khi năng lượng mặt trời được sử dụng để làm bay hơi nước, một số năng lượng bị lãng phí vì nhiệt bị mất đi trong môi trường xung quanh. Điều này làm cho quy trình ít hơn 100 phần trăm hiệu quả. từ môi trường xung quanh, cho phép chúng tôi đạt được hiệu quả gần như hoàn hảo. “
Công nghệ chi phí thấp có thể cung cấp nước uống ở những vùng có nguồn tài nguyên khan hiếm hoặc nơi xảy ra thiên tai. Những tiến bộ được mô tả trong một nghiên cứu được công bố vào ngày 3 tháng 5 trên tạp chí Advanced Science .
Dự án được Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF) tài trợ, là sự hợp tác giữa UB, Đại học Fudan ở Trung Quốc và Đại học Wisconsin-Madison. Kỹ sư điện UB tốt nghiệp Tiến sĩ Haomin Song và Tiến sĩ Youhai Liu là tác giả đầu tiên của nghiên cứu.
Gan, Song và các đồng nghiệp khác đã khởi động một công ty khởi nghiệp, Sunny Clean Water, để mang phát minh đến những người cần nó. Với sự hỗ trợ từ chương trình Nghiên cứu Đổi mới Doanh nghiệp Nhỏ của NSF, công ty đang tích hợp hệ thống bay hơi mới vào nguyên mẫu của một máy lọc nước mặt trời, một máy lọc nước mặt trời.
“Khi bạn nói chuyện với các quan chức chính phủ hoặc các tổ chức phi lợi nhuận làm việc trong các khu thiên tai, họ muốn biết:” Bạn có thể tạo ra bao nhiêu nước mỗi ngày? ” Chúng tôi có một chiến lược để tăng hiệu suất hàng ngày, “Song nói. “Với một mặt trời vẫn còn kích thước của một tủ lạnh mini, chúng tôi ước tính rằng chúng tôi có thể tạo ra 10-20 lít nước sạch mỗi ngày.”
Hiện đại hóa một công nghệ cũ
Năng lượng mặt trời vẫn tồn tại trong một thời gian dài. Các thiết bị này sử dụng nhiệt của mặt trời để làm bay hơi nước, để lại muối, vi khuẩn và bụi bẩn phía sau. Sau đó, hơi nước nguội đi và trở về trạng thái lỏng, tại thời điểm đó nó được thu thập trong một thùng chứa sạch.
Kỹ thuật này có nhiều ưu điểm. Nó đơn giản, và nguồn năng lượng – mặt trời – chỉ có ở mọi nơi. Nhưng không may, ngay cả những mẫu pin mặt trời mới nhất vẫn có phần kém hiệu quả khi bốc hơi nước.
Nhóm của Gan đã giải quyết vấn đề này thông qua một thủ thuật gọn gàng, phản trực giác: Họ tăng hiệu quả của hệ thống bay hơi của họ bằng cách làm mát nó.
Một thành phần trung tâm của công nghệ của họ là một tờ giấy thấm cacbon được xếp thành hình chữ V “lộn xộn”, giống như mái nhà của một lồng chim. Các cạnh dưới của giấy treo trong một hồ nước, ngâm chất lỏng như khăn ăn. Đồng thời, lớp phủ carbon hấp thụ năng lượng mặt trời và biến nó thành nhiệt để bay hơi.
Như Gan giải thích, hình học nghiêng của giấy giữ cho nó mát mẻ bằng cách làm suy yếu cường độ ánh sáng mặt trời chiếu sáng nó. (Một bề mặt phẳng sẽ bị tia nắng chiếu trực tiếp.) Bởi vì hầu hết giấy phủ carbon ở dưới nhiệt độ phòng, nó có thể hút nhiệt từ khu vực xung quanh, bù cho sự mất mát năng lượng mặt trời thường xuyên xảy ra trong quá trình bay hơi.
Sử dụng thiết lập này, các nhà nghiên cứu bốc hơi tương đương 2,2 lít nước mỗi giờ cho mỗi mét vuông diện tích được chiếu sáng bởi mặt trời thông thường, cao hơn giới hạn trên lý thuyết là 1,68 lít, theo nghiên cứu mới. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, sử dụng mô phỏng năng lượng mặt trời để tạo ra ánh sáng ở cường độ của một mặt trời bình thường.
Gan nói: “Hầu hết các nhóm nghiên cứu về công nghệ năng lượng mặt trời đang cố gắng phát triển các vật liệu tiên tiến, chẳng hạn như vật liệu nano plasmon và cacbon kim loại. “Chúng tôi tập trung vào việc sử dụng các vật liệu cực kỳ rẻ và vẫn có thể nhận ra hiệu suất phá kỷ lục.
“Quan trọng hơn, đây là ví dụ duy nhất tôi biết về hiệu quả nhiệt của quá trình bay hơi mặt trời là 100% khi bạn xem xét đầu vào năng lượng mặt trời. Bằng cách phát triển một kỹ thuật mà hơi dưới nhiệt độ môi trường xung quanh, chúng tôi tạo ra các khả năng nghiên cứu mới để tạo hơi nước ở nhiệt độ cao. “
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180503142639.htm
