Het leveren van schoon water aan soldaten in het veld en burgers over de hele wereld is essentieel, en toch een van 's werelds grootste uitdagingen. Nu zou een nieuw super-wicking en super-licht-absorberende aluminium materiaal ontwikkeld met legerfinanciering dat kunnen veranderen.

Met financiering van het legeronderzoeksbureau, een onderdeel van het Army Research Laboratory van het Amerikaanse leger Combat Capabilities Development Command, onderzoekers van de Universiteit van Rochester hebben een nieuw aluminium paneel ontwikkeld dat zonne-energie efficiënter concentreert om verontreinigd water te verdampen en te zuiveren.

"Het leger en zijn strijders lopen op water, daarom is er bijzondere belangstelling voor basismateriaalonderzoek dat zou kunnen leiden tot geavanceerde technologieën voor de opwekking van drinkwater, " zei dr. Evan Runnerstrom, programmamanager bij ARO. "De gecombineerde super-wicking en lichtabsorberende eigenschappen van deze aluminium oppervlakken kunnen passieve of low-power waterzuivering mogelijk maken om de oorlogsjager in het veld beter te ondersteunen."

De onderzoekers ontwikkelden een laserverwerkingstechnologie die normaal aluminium pikzwart maakt, waardoor het zeer absorberend is, evenals super-wicking (het transporteert water bergopwaarts tegen de zwaartekracht in). Vervolgens pasten ze dit superabsorberende en superafvoerende aluminium toe voor deze zonnewaterzuivering.

De technologie in Natuur Duurzaamheid , gebruikt een uitbarsting van femtoseconde (ultrakorte) laserpulsen om het oppervlak van een normale aluminiumplaat te etsen. Wanneer het aluminium paneel onder een hoek naar de zon in water wordt gedompeld, het trekt een dunne laag water naar boven over het metaaloppervlak. Tegelijkertijd, het zwartgeblakerde oppervlak behoudt bijna 100 procent van de energie die het van de zon absorbeert om het water snel te verwarmen. Eindelijk, de vochtafvoerende oppervlaktestructuren veranderen de intermoleculaire bindingen van het water, de efficiëntie van het verdampingsproces nog verder verhogen.

"Deze drie dingen samen zorgen ervoor dat de technologie beter werkt dan een ideaal apparaat met 100 procent efficiëntie, " zei professor Chunlei Guo, hoogleraar optica aan de Universiteit van Rochester. "Dit is een simpele duurzaam, goedkope manier om de wereldwijde watercrisis aan te pakken, vooral in ontwikkelingslanden."

Experimenten door het lab tonen aan dat de methode de aanwezigheid van alle veelvoorkomende verontreinigingen vermindert, zoals wasmiddel, kleurstoffen, urine, zware metalen en glycerine, tot veilige niveaus om te drinken.

De technologie kan ook nuttig zijn in ontwikkelde landen voor het verlichten van watertekorten in door droogte geteisterde gebieden, en voor waterontziltingsprojecten, zei Guo.

Het gebruik van zonlicht om te koken wordt al lang erkend als een manier om microbiële ziekteverwekkers te elimineren en het aantal sterfgevallen door diarree-infecties te verminderen, maar kokend water elimineert geen zware metalen en andere verontreinigingen.

Waterzuivering op basis van zonne-energie; echter, kan deze verontreinigingen sterk verminderen omdat bijna alle onzuiverheden achterblijven wanneer het verdampende water gasvormig wordt en vervolgens condenseert en wordt verzameld.

De meest gebruikelijke methode voor waterverdamping op basis van zonne-energie is volumeverwarming, waarin een grote hoeveelheid water wordt verwarmd, maar alleen de bovenste laag kan verdampen. Dit is duidelijk inefficiënt, Guo zei, omdat slechts een klein deel van de verwarmingsenergie wordt gebruikt.

Een efficiëntere aanpak, zogenaamde grensvlakverwarming, plaatsen drijvend, meerlagige absorberende en vochtafvoerende materialen bovenop het water, zodat alleen water in de buurt van het oppervlak hoeft te worden verwarmd. Maar de beschikbare materialen moeten allemaal horizontaal op het water drijven en mogen niet rechtstreeks naar de zon gericht zijn. Verder, de beschikbare vochtafvoerende materialen raken snel verstopt met verontreinigingen die na verdamping achterblijven, die frequente vervanging van de materialen vereisen.

Het aluminium paneel dat de onderzoekers ontwikkelden, vermijdt deze problemen door een dunne laag water uit het reservoir en direct op het oppervlak van de zonne-absorber te trekken voor verwarming en verdamping.

"Bovendien, omdat we een oppervlak met open groeven gebruiken, het is heel gemakkelijk schoon te maken door het gewoon te sproeien, "Zei Guo. "Het grootste voordeel is dat de hoek van de panelen continu kan worden aangepast om rechtstreeks naar de zon te kijken als deze opkomt en vervolgens door de lucht beweegt voordat hij ondergaat, waardoor de energieabsorptie wordt gemaximaliseerd."