Het idee om energie van de zon te gebruiken om water te verdampen en te zuiveren is oud. De Griekse filosoof Aristoteles beschreef naar verluidt een dergelijk proces meer dan 2, 000 jaar geleden.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers brengen deze technologie naar de moderne tijd, gebruiken om water te zuiveren met wat ze melden als recordbrekende snelheden.

Door zwart te draperen, met carbon gedompeld papier in een driehoekige vorm en gebruikt het om zowel water te absorberen als te verdampen, ze hebben een methode ontwikkeld om zonlicht te gebruiken om schoon water te genereren met bijna perfecte efficiëntie.

"Onze techniek is in staat om sneller drinkwater te produceren dan theoretisch wordt berekend onder natuurlijk zonlicht, " zegt hoofdonderzoeker Qiaoqiang Gan, doctoraat, universitair hoofddocent elektrotechniek aan de Universiteit van Buffalo School of Engineering and Applied Sciences.

Zoals Gan uitlegt, "Gebruikelijk, wanneer zonne-energie wordt gebruikt om water te verdampen, een deel van de energie wordt verspild omdat warmte verloren gaat aan de omgeving. Dit maakt het proces minder dan 100 procent efficiënt. Ons systeem heeft een manier om warmte aan te trekken uit de omgeving, waardoor we een bijna perfecte efficiëntie kunnen bereiken."

De goedkope technologie zou drinkwater kunnen leveren in regio's waar hulpbronnen schaars zijn, of waar natuurrampen hebben toegeslagen. De vorderingen worden beschreven in een studie die op 3 mei in het tijdschrift is gepubliceerd Geavanceerde wetenschap .

Het project, gefinancierd door de National Science Foundation (NSF), was een samenwerking tussen UB, Fudan University in China en de University of Wisconsin-Madison. UB-promovendus Elektrotechniek Haomin Song en promovendus Youhai Liu waren de eerste auteurs van het onderzoek.

Gan, Song en andere collega's hebben een startup gelanceerd, Zonnig schoon water, om de uitvinding naar mensen te brengen die het nodig hebben. Met steun van het NSF Small Business Innovation Research-programma, het bedrijf integreert het nieuwe verdampingssysteem in een prototype van een zonneboiler, een waterzuiveraar op zonne-energie.

"Als je praat met overheidsfunctionarissen of non-profitorganisaties die in rampgebieden werken, ze willen weten:'Hoeveel water kun je per dag opwekken?' We hebben een strategie om de dagelijkse prestaties te verbeteren, " Zegt Song. "Met een zonne-energie die nog steeds zo groot is als een minikoelkast, we schatten dat we elke dag 10 tot 20 liter schoon water kunnen produceren."

Een eeuwenoude technologie moderniseren

Zonnepanelen bestaan ​​al heel lang. Deze apparaten gebruiken de warmte van de zon om water te verdampen, zout achterlaten, bacteriën en vuil achter. Vervolgens, de waterdamp koelt af en keert terug naar een vloeibare toestand, waarna het wordt verzameld in een schone container.

De techniek heeft veel voordelen. Het is makkelijk, en de krachtbron - de zon - is bijna overal beschikbaar. Maar helaas, zelfs de nieuwste zonnestill-modellen zijn enigszins inefficiënt in het verdampen van water.

Gans team pakte deze uitdaging aan door middel van een nette, contra-intuïtieve truc:ze verhoogden de efficiëntie van hun verdampingssysteem door het af te koelen.

Een centraal onderdeel van hun technologie is een vel met koolstof gedompeld papier dat is gevouwen in een omgekeerde "V" -vorm, als het dak van een vogelhuisje. De onderranden van het papier hangen in een plas water, de vloeistof opzuigen als een servet. Tegelijkertijd, de koolstofcoating absorbeert zonne-energie en zet deze om in warmte voor verdamping.

Zoals Gan uitlegt, de schuine geometrie van het papier houdt het koel door de intensiteit van het zonlicht dat het verlicht, te verminderen. (Een plat oppervlak zou direct door de zonnestralen worden geraakt.) Omdat het meeste van het met koolstof gecoate papier onder kamertemperatuur blijft, it can draw in heat from the surrounding area, compensating for the regular loss of solar energy that occurs during the vaporization process.

Using this set-up, researchers evaporated the equivalent of 2.2 liters of water per hour for every square meter of area illuminated by the regular sun, higher than the theoretical upper limit of 1.68 liters, according to the new study. The team conducted its tests in the lab, using a solar simulator to generate light at the intensity of one regular sun.

"Most groups working on solar evaporation technologies are trying to develop advanced materials, such as metallic plasmonic and carbon-based nanomaterials, " Gan says. "We focused on using extremely low-cost materials and were still able to realize record-breaking performance.

"Importantly, this is the only example I know of where the thermal efficiency of the solar evaporation process is 100 percent when you consider solar energy input. By developing a technique where the vapor is below ambient temperature, we create new research possibilities for exploring alternatives to high-temperature steam generation."