Vandaag, een groot aantal mensen wereldwijd kampt met een tekort aan vers drinkwater, vooral in afgelegen plattelandsgebieden, een ernstige bedreiging vormen voor het menselijk leven en de samenleving. Terwijl technieken zoals membraandestillatie en omgekeerde osmose zijn gebruikt om zout water te behandelen en de situatie te verlichten, ze lijden aan beperkingen zoals een lage productiviteit, hoge kosten en hoog energieverbruik.

In recente jaren, directe zonne-stoomopwekking (DSSG) is naar voren gekomen als een haalbare techniek voor waterzuivering. Het proces maakt gebruik van fotothermische materialen die grote hoeveelheden zonne-energie kunnen absorberen. Deze materialen worden vervolgens gemaakt om in water te drijven, die helpt om plaatselijke verwarming te behouden en waterdamp te genereren die vervolgens wordt gecondenseerd om schoon water te verkrijgen. De huidige DSSG-methoden hebben de grenzen van thermische zonne-efficiëntie en verdampingssnelheid bereikt; echter, gezien de vraag naar high-flux schoon water bij grootschalige commercialisering, verdere verbetering van de verdampingssnelheid is noodzakelijk. Eerdere studies hebben geprobeerd dit te doen door absorbers te onderzoeken om de input en vereiste energie die nodig is voor verdamping te manipuleren, maar de relatie tussen IE en RE is nog niet onderzocht.

Hiertoe, Prof Lei Miao van het Shibaura Institute of Technology, Japan, samen met co-auteurs Xiaojiang Mu en Jianhua Zhou van Guilin University of Electronic Technology, China, gericht op het vinden van een balans tussen IE en RE om de verdampingsprestaties in DSSG te optimaliseren. Volgens de onderzoekers is de truc was om de RE te verminderen om overeen te komen met de IE, een uniek concept genaamd energy matching. Voor deze, ze kwamen met een innovatief verdampingssysteem op basis van dubbellaagse structuren van koolstof nanobuis aerogel-gecoat hout (CACW). Het ontwerp zorgde voor drie lagen thermische isolatie, die (1) warmteverlies minimaliseerde en een plotselinge temperatuurdaling in de absorber voorkwam en (2) het watertransport naar het verdampingsoppervlak regelde. Prof Miao legt uit, "Regeling van de watersnelheid is de sleutel tot de 'energy matching'-strategie die in ons ontwerp wordt gebruikt. Door de snelheid van het watertransport te beheersen, we zorgen ervoor dat de RE voor verdamping in evenwicht is met de IE naar de absorber." De bevindingen van hun onderzoek zijn gepubliceerd in Zonne-RRL.

Om de watertransportsnelheid in het CACW-systeem te testen, de wetenschappers evalueerden de verdampingssnelheden voor verschillende concentraties koolstofnanobuisjes en voor houtplaten van verschillende diktes. In aanvulling, ze gebruikten het systeem om vloeibare monsters te behandelen die rioolwater nabootsen en schatten hun kwaliteit na de behandeling in termen van ionenconcentratie, oliegehalte, en bacteriële niveaus. Eindelijk, ze schatten de IE- en verdampingssnelheden bij variërende watertransportsnelheden.

Uit de analyse bleek dat de beste verdampingsprestaties en de hoogste energieconversie-efficiëntie van zonne-naar-damp die met dit systeem werden bereikt, 2,22 kg m bedroeg. ^-2 H ^-1 en 93,2%, respectievelijk, die hoger zijn dan andere op koolstof gebaseerde materialen. Bovendien, de verdamper toonde voldoende zelfreinigend vermogen samen met uitstekende stabiliteit na 10 cycli. Het behandelde water vertoonde significant verminderde metaalionconcentraties, bacterieniveau en oliegehalte vergeleken met de inputmonsters, wat suggereert dat het geschikt was om te drinken.

Met zulke bemoedigende resultaten, Prof Miao beschouwt het als een triomf voor de "energy matching"-strategie en is van mening dat het een nieuwe weg ingeslagen heeft. Ze zegt, "Onze strategie heeft geleid tot een verbetering van 40% in de verdampingssnelheid en een hoge conversie-efficiëntie van zonne-naar-damp van 93%. We kijken nu uit naar de praktische implementatie van DSSG bij de ontzilting van zeewater en rioolwaterzuivering. we hopen met nieuwe ideeën te komen om deze technologie verder te ontwikkelen totdat we de waterschaarste hebben uitgebannen."