Các kỹ sư của Trường Kỹ thuật A. James Clark thuộc Trường Đại học Maryland đã tạo ra một giải pháp công nghệ mới cho thách thức toàn cầu về khan hiếm nước bằng cách tạo ra một bộ các thiết bị sản xuất hơi nước năng lượng mặt trời hiệu quả, dễ tiếp cận, thân thiện với môi trường, phân huỷ sinh học, và chi phí rất thấp.
Lấy cảm hứng từ quá trình chuyển nước qua các cây từ rễ đến các lỗ nhỏ trên dưới lá cây, nhóm nghiên cứu của UMD đã tạo ra nhiều cách mới để nước có thể vận chuyển qua gỗ, làm sạch nó để sử dụng an toàn. Năng lượng từ mặt trời và một khối gỗ nhỏ hơn bàn tay của người lớn là những thành phần duy nhất cần thiết để làm nóng nước đến điểm hấp thụ của nó trong các thiết bị này.
Cuộc khủng hoảng toàn cầu về khan hiếm nước là một thách thức toàn cầu cấp bách, và tình hình tồi tệ hơn ở các nước đang phát triển, nơi mà nước sạch khó có thể đảm bảo cho 1 tỷ người.
“Chi phí và sản xuất là những thách thức chính trong việc sử dụng công nghệ hơi nước năng lượng mặt trời để khử muối biển và lần đầu tiên, các cấu trúc bằng gỗ có thể có tiềm năng cung cấp các giải pháp”, Liangbing Hu, giáo sư vật liệu và kỹ thuật vật liệu của UMD, đồng thời là lãnh đạo của dự án. Hu đang quan tâm đến việc nhân rộng các thiết bị này cho mục đích thương mại, bao gồm việc thiết kế cách để dễ dàng sản xuất thiết bị và giảm chi phí. Nhóm nghiên cứu đua các nhóm nghiên cứu khác để phát minh ra một thiết bị tạo năng lượng mặt trời năng lượng mặt trời thành công, tiết kiệm chi phí và dễ sử dụng. Ông cũng là thành viên của Trung tâm Nghiên cứu năng lượng của Đại học Maryland và Maryland NanoCenter, nơi các thiết bị được nghiên cứu chặt chẽ.
Nhóm nghiên cứu đang cố gắng tìm ra một vài ý tưởng cơ bản về việc sử dụng một bề mặt tối trên gỗ để làm nóng nước, sau đó kéo nó qua các cấu trúc xốp tự nhiên của gỗ.
Hình ảnh một bát nước không được đun trong một chỗ đầy nắng. Trên đó nó trôi nổi một khối gỗ nhỏ khoảng hai inch. Phía của khối mặt đối mặt lên là tối, để bắt các tia mặt trời. Khi mặt trời nóng lên gỗ, nước dưới đây được vẽ lên qua các kênh tự nhiên của gỗ. Bề mặt tối nóng bốc hơi nước, có thể được ngưng tụ và chưng cất. Muối hoặc các chất gây ô nhiễm khác quá nặng để bay hơi, vì vậy chúng ở dưới.
Một thiết kế, như được xuất bản trên tạp chí Advanced Materials , sử dụng các ống nano cacbon – các cấu trúc tối giản tự nhiên, phát triển trong phòng thí nghiệm – để phủ một bên gỗ và làm nóng nước bên trong. Khác, được mô tả trong tạp chí Advanced Energy Materials , sử dụng hạt nano kim loại để đạt được kết quả tương tự. Cả hai thiết kế này đều rất hiệu quả, nhưng lại có chi phí sản xuất cao hơn.
Một thiết kế sáng tạo liên quan đến cacbon hóa – chủ yếu, đốt – lớp trên cùng của gỗ để tạo ra một bề mặt tối. Nhóm nghiên cứu đã cố gắng điều này bằng các kênh gỗ tự nhiên hướng lên và xuống, giống như chúng sẽ nằm trong cây (được mô tả trong một bài báo khác, được xuất bản ngày hôm nay bằng Tài liệu nâng cao ).
Bằng phương pháp tương tự dùng để kiểm tra hiệu quả của các tế bào năng lượng mặt trời, nhóm nghiên cứu đã tính toán hiệu quả của các thiết bị sản xuất năng lượng mặt trời. Các thiết bị hiệu quả nhất là gỗ đốt cháy, với hiệu quả 87% tại mười mặt trời của ánh sáng. Nó cũng là ít tốn kém nhất để sản xuất, chỉ với số tiền $ 1 trên mỗi mét vuông.
Giáo sư Siddhartha Das thuộc bộ phận cơ khí của UMD và nhóm của ông đã nghiên cứu dòng nước chảy qua gỗ. Giáo sư Bảo Yang, cũng thuộc bộ phận cơ khí của UMD và nhóm của ông đã đóng góp vào đo lường nhiệt liên quan. Một nhóm từ Đại học Wisconsin-Madison, đứng đầu là giáo sư Zongfu Yu thuộc khoa Điện và Máy tính, đã nghiên cứu việc bẫy ánh sáng trong gỗ được xử lý.
Mặc dù họ có thể không tốt nhất hiệu quả hoặc danh sách chi phí, các thiết bị khác cũng có lợi thế của họ. Các phiên bản nano carbon nano đầu cũng linh hoạt, bởi vì các thành phần làm cho gỗ cứng, lignin, đã được gỡ bỏ. Nó có thể được cuốn thành một ống. Thiết bị được phủ các hạt nano kim loại cho thấy một khía cạnh tự làm sạch khi nó được đặt trong nước muối. Trong ngày, muối quá nặng để bay hơi và bị bỏ lại phía sau. Trong đêm mô phỏng (12 giờ không có ánh sáng mặt trời) muối hòa tan ra khỏi bề mặt ướt.
Hình ảnh của bề mặt gỗ trước và sau khi có chất làm bóng tối được thêm vào đã được sản xuất trong phòng thí nghiệm Imging và Phổ biến (AIM), một phần của Trung tâm Nuôi trồng Maryland, có trụ sở tại College Park.
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2017/10/171010224556.htm
(TTDL QH&ĐT TNN)
