Aproximadamente mil millones de personas en todo el mundo carecen de acceso a agua potable. La desalinización del agua salada en agua potable puede ayudar a llenar este peligroso vacío. Pero los sistemas de desalinización tradicionales son demasiado costosos para instalar y operar en muchos lugares, especialmente en países de bajos ingresos y áreas remotas.

Ahora, los investigadores de la Escuela de Ingeniería A. James Clark de la Universidad de Maryland han demostrado un prototipo exitoso de un componente crítico para la desalinización a pequeña escala asequible:un evaporador solar económico, hecho de madera. El evaporador genera vapor con alta eficiencia y mínima necesidad de mantenimiento, dice Liangbing Hu, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales y afiliado del Maryland Energy Innovation Institute.

El diseño emplea una técnica conocida como evaporación interfacial, "que muestra un gran potencial en respuesta a la escasez mundial de agua debido a su alta eficiencia de energía solar a vapor, bajo impacto ambiental, y diseño de dispositivo portátil con bajo costo, "Hu dice." Estas características lo hacen adecuado para la generación y purificación de agua fuera de la red, especialmente para los países de bajos ingresos ".

Los evaporadores interfaciales están hechos de materiales delgados que flotan en agua salina. Absorbiendo el calor solar en la parte superior, los evaporadores extraen continuamente el agua salina desde abajo y la convierten en vapor en su superficie superior, dejando atrás la sal, explica Hu, que es el autor principal de un artículo que describe el trabajo en Materiales avanzados .

Sin embargo, con el tiempo, la sal puede acumularse en esta superficie evaporativa, degradando gradualmente el rendimiento hasta que se elimina, él dice.

Hu y sus colegas minimizaron la necesidad de este mantenimiento con un dispositivo hecho de tilo que explota la estructura natural de la madera de los canales de micrones de ancho que transportan agua y nutrientes al árbol.

Los investigadores complementan estos canales naturales perforando una segunda serie de canales de un milímetro de ancho a través de una sección transversal delgada de la madera. dice Yudi Kuang, un académico visitante y autor principal del artículo. Luego, los investigadores exponen brevemente la superficie superior a altas temperaturas, que carboniza la superficie para una mayor absorción solar.

En la operación, a medida que el dispositivo absorbe energía solar, extrae agua salada a través de los canales naturales de un micrón de ancho de la madera. La sal se intercambia espontáneamente desde estos pequeños canales a través de aberturas naturales a lo largo de sus lados hacia los canales perforados mucho más anchos. y luego se disuelve fácilmente en el agua debajo.

"En el laboratorio, Hemos demostrado con éxito un excelente antiincrustante en una amplia gama de concentraciones de sal, con generación de vapor estable con aproximadamente un 75% de eficiencia, "dice Kuang.

"Utilizando madera natural como único material de partida, se espera que el evaporador solar que rechaza la sal sea de bajo costo, "agrega el investigador asociado Chaoji Chen. El enfoque del evaporador también es eficaz en otros tipos de madera con canales naturales similares. Los investigadores ahora están optimizando su sistema para una mayor eficiencia, menor costo de capital, e integración con un condensador de vapor para completar el ciclo de desalación.

El laboratorio de Hu también desarrolló recientemente otro prototipo de dispositivo calentado con energía solar que aprovecha la capacidad de la madera carbonizada para absorber y distribuir energía solar; éste fue creado para ayudar a limpiar derrames de aceites pesados ​​difíciles de recolectar. "Nuestro material de madera carbonizada demuestra una absorción de petróleo crudo rápida y eficiente, así como un potencial de fabricación escalable y de bajo coste, "dice Kuang, autor principal de un artículo sobre la investigación en materiales funcionales avanzados.

"La madera es un andamio de material intrigante, con su estructura única jerárquicamente porosa, y es renovable, recurso abundante y rentable, "Hu dice". En nuestro laboratorio, la comprensión fundamental de los biomateriales (especialmente la madera) nos lleva a lograr un rendimiento extraordinario que es competitivo con materiales ampliamente utilizados pero no sostenibles ".

Entre otros proyectos, Este laboratorio ha creado materiales aislantes de "nanomadera" ligeros y eficaces. También ha diseñado una "supermadera" que es 12 veces más resistente y 10 veces más resistente que la madera natural. y potencialmente puede reemplazar el acero, titanio o fibra de carbono en determinadas aplicaciones, él dice.