Ongeveer een miljard mensen over de hele wereld hebben geen toegang tot veilig drinkwater. Het ontzilten van zout water tot drinkbaar water kan helpen om deze gevaarlijke leemte op te vullen. Maar traditionele ontziltingssystemen zijn veel te duur om op veel locaties te installeren en te gebruiken, vooral in lage-inkomenslanden en afgelegen gebieden.

Nu hebben onderzoekers van de A. James Clark School of Engineering van de Universiteit van Maryland een succesvol prototype gedemonstreerd van één cruciaal onderdeel voor betaalbare kleinschalige ontzilting:een goedkope zonneverdamper, gemaakt van hout. De verdamper genereert stoom met een hoog rendement en minimale onderhoudsbehoefte, zegt Liangbing Hu, universitair hoofddocent materiaalkunde en techniek en aangesloten bij het Maryland Energy Innovation Institute.

Het ontwerp maakt gebruik van een techniek die bekend staat als grensvlakverdamping, "die een groot potentieel vertoont als reactie op de wereldwijde waterschaarste vanwege de hoge efficiëntie van zonne-energie, lage milieu-impact, en draagbaar apparaatontwerp met lage kosten, Hu zegt. "Deze eigenschappen maken het geschikt voor off-grid wateropwekking en zuivering, vooral voor lage-inkomenslanden."

Interfaciale verdampers zijn gemaakt van dunne materialen die drijven op zout water. Bovenop zonnewarmte absorberen, de verdampers trekken continu het zoute water van onder naar boven en zetten het op hun bovenoppervlak om in stoom, het zout achterlatend, legt Hu uit, wie is senior auteur van een paper waarin het werk wordt beschreven? Geavanceerde materialen .

Echter, na verloop van tijd kan zich zout ophopen op dit verdampingsoppervlak, geleidelijk afnemende prestaties totdat het wordt verwijderd, hij zegt.

Hu en zijn collega's hebben de behoefte aan dit onderhoud geminimaliseerd met een apparaat gemaakt van lindenhout dat gebruikmaakt van de natuurlijke structuur van het hout van de micronbrede kanalen die water en voedingsstoffen de boom in voeren.

De onderzoekers vullen deze natuurlijke kanalen aan door een tweede reeks millimeterbrede kanalen door een dunne dwarsdoorsnede van het hout te boren, zegt Yudi Kuang, een gastwetenschapper en hoofdauteur van het papier. De onderzoekers stellen vervolgens het bovenoppervlak kort bloot aan hoge temperaturen, die het oppervlak carboniseert voor een grotere zonneabsorptie.

In bedrijf, aangezien het apparaat zonne-energie absorbeert, het zuigt zout water op via de natuurlijke micronbrede kanalen van het hout. Zout wordt spontaan uitgewisseld vanuit deze kleine kanaaltjes via natuurlijke openingen langs de zijkanten naar de veel bredere geboorde kanalen, en lost dan gemakkelijk weer op in het water eronder.

"In het labortorium, we hebben met succes een uitstekende anti-fouling aangetoond in een breed scala aan zoutconcentraties, met stabiele stoomopwekking met een efficiëntie van ongeveer 75%, ' zegt Kuang.

"Het gebruik van natuurlijk hout als het enige uitgangsmateriaal, de zoutafstotende zonneverdamper zal naar verwachting goedkoop zijn, ", voegt onderzoeksmedewerker Chaoji Chen toe. De verdampingsbenadering is ook effectief in andere houtsoorten met vergelijkbare natuurlijke kanalen. De onderzoekers optimaliseren nu hun systeem voor een hogere efficiëntie, lagere kapitaalkosten, en integratie met een stoomcondensor om de ontziltingscyclus te voltooien.

Hu's lab heeft onlangs ook een ander door zonne-energie verwarmd prototype-apparaat ontwikkeld dat profiteert van het vermogen van verkoold hout om zonne-energie te absorberen en te verspreiden - dit exemplaar is gemaakt om gemorste moeilijk te verzamelen zware oliën op te ruimen. "Ons verkoold houtmateriaal vertoont een snelle en efficiënte opname van ruwe olie, evenals lage kosten en schaalbaar productiepotentieel, " zegt Kuang, hoofdauteur van een paper over het onderzoek in Advanced Functional Materials.

"Hout is een intrigerende materiële steiger, met zijn unieke hiërarchisch poreuze structuur, en het is een hernieuwbare, overvloedige en kosteneffectieve hulpbron, " zegt Hu. "In ons lab, het fundamentele begrip van biomaterialen (vooral hout) leidt ons tot buitengewone prestaties die concurrerend zijn met veelgebruikte maar niet-duurzame materialen."

Onder andere projecten, zijn lab heeft lichte en effectieve "nanowood"-isolatiematerialen gemaakt. Het heeft ook "superhout" ontworpen dat 12 keer sterker en 10 keer sterker is dan natuurlijk hout, en kan mogelijk staal vervangen, titanium of koolstofvezel in bepaalde toepassingen, hij zegt.