Ongeveer 2,2 miljard mensen wereldwijd hebben geen betrouwbare toegang tot schoon drinkwater, volgens de Verenigde Naties, en de toenemende gevolgen van klimaatverandering zullen deze realiteit waarschijnlijk verergeren.

Zonne-stoomopwekking (SSG) heeft zich ontpopt als een veelbelovende technologie voor hernieuwbare energie voor waterwinning, ontzilting, en zuivering waar mensen in afgelegen gemeenschappen die het het meest nodig hebben, kunnen profiteren, rampenbestrijdingsgebieden, en ontwikkelingslanden. In Technische Natuurkunde Brieven , Onderzoekers van Virginia Tech ontwikkelden een synthetische boom om SSG te verbeteren.

SSG zet zonne-energie om in warmte. Water uit een opslagtank zuigt continu kleine, drijvende poreuze kolommen. Zodra water de laag fotothermisch materiaal bereikt, het verdampt, en de stoom wordt gecondenseerd tot drinkwater.

Een grote uitdaging bij het opschalen van SSG-technologie is de limiet in de capillaire kracht boven een bepaalde kolomhoogte, wanneer het water niet snel genoeg kan afvoeren om het verdampingsproces bij te houden. De capillaire kracht, gebaseerd op de oppervlaktespanning die ervoor zorgt dat water een poreuze papieren handdoek "klimt", stuwt het water naar de verdamper.

Geïnspireerd door mangrovebomen die langs kustlijnen bloeien, de onderzoekers omzeilden deze hindernis door een synthetische boom te creëren om de capillaire werking te vervangen door transpiratie, het proces van waterbeweging door een plant en de verdamping ervan uit bladeren, stengels, en bloemen. Transpiratie kan isolatiebuizen van elke gewenste hoogte oppompen.

In echte bomen, transpiratie begint bij de wortels, die water opzuigen door holle vaten gemaakt van xyleemweefsel. Terwijl het water opwarmt, het komt als damp vrij via poriën aan de onderkant van bladeren.

De kunststofboom bestaat uit een array van 19 buizen, bedekt met een nanoporeuze keramische schijf, die dienst doet als blad. Elke plastic buis, het nabootsen van de xyleem leidingen, is 6 centimeter hoog, iets minder dan 2,5 inch, met een binnendiameter van 3.175 millimeter, ongeveer een tiende van een inch.

Door de opstelling kan de verdampingsinterface thermisch worden gescheiden van het bulkwater in de tank, zodat de verdamper niet uitdroogt. Water dat van de schijf verdampt, wordt aangevuld door afzuiging, die continu meer water uit een bodemtank door de buizenreeks pompt.

"We verwachten dat onze op bomen gebaseerde zonne-stoomgenerator interessant zal zijn voor toepassingen in ondergrondse waterwinning en -zuivering, ", zei auteur Jonathan Boreyko. "Het uiteindelijke doel is om een ​​zuigdruk te bereiken die sterk genoeg is om oceaanwater door een zoutvrij filter te trekken zonder dat er een mechanische pomp nodig is. analoog aan hoe mangrovebomen kunnen groeien in oceaanwater."

Toekomstig onderzoek zou zich kunnen richten op het maken van hogere bomen, meer bladeren toevoegen om het gebied waarover verdamping plaatsvindt te vergroten, en het opnemen van ontziltingsmembranen bij de buisinlaten om zoutophoping te voorkomen.