Hoy dia, un gran número de personas en todo el mundo sufren de escasez de agua potable, especialmente en regiones rurales remotas, causando una amenaza significativa para la vida humana y la sociedad. Si bien se han utilizado técnicas como la destilación por membranas y la ósmosis inversa para tratar el agua salina y aliviar la situación, sufren limitaciones como la baja productividad, alto costo y alto consumo de energía.

En años recientes, La generación directa de vapor solar (DSSG) ha surgido como una técnica viable para la purificación de agua. El proceso utiliza materiales fototérmicos que pueden absorber grandes cantidades de energía solar. Estos materiales luego se hacen flotar en el agua, lo que ayuda a mantener el calentamiento localizado y generar vapor de agua que posteriormente se condensa para obtener agua limpia. Los métodos actuales de DSSG han alcanzado los límites de la eficiencia térmica solar y la tasa de evaporación; sin embargo, dada la demanda de agua limpia de alto flujo en la comercialización a gran escala, es necesaria una mayor mejora en la tasa de evaporación. Estudios anteriores han intentado hacer esto explorando absorbentes para manipular la entrada y la energía requerida necesaria para la evaporación. pero la relación entre IE y RE aún no se ha estudiado.

Para tal fin, Prof Lei Miao del Instituto de Tecnología de Shibaura, Japón, junto con los coautores Xiaojiang Mu y Jianhua Zhou de la Universidad de Tecnología Electrónica de Guilin, Porcelana, tenía como objetivo encontrar un equilibrio entre IE y RE para optimizar el rendimiento de evaporación en DSSG. Según los investigadores, el truco consistía en reducir el RE para que coincidiera con el IE, un concepto único llamado combinación de energía. Para esto, idearon un innovador sistema de evaporación basado en estructuras de dos capas de madera recubierta de aerogel de nanotubos de carbono (CACW). El diseño proporcionó tres capas de aislamiento térmico, lo cual (1) minimizó la pérdida de calor y evitó una caída repentina de temperatura en el absorbedor y (2) reguló el transporte de agua a la superficie de evaporación. El profesor Miao explica:"La regulación de la velocidad del agua es clave para la estrategia de 'combinación de energía' empleada en nuestro diseño. Al controlar la velocidad del transporte por agua, nos aseguramos de que el RE para la evaporación esté equilibrado con el IE al absorbedor ". Los hallazgos de su estudio se publican en Solar RRL.

Para probar la velocidad de transporte de agua en el sistema CACW, los científicos evaluaron las tasas de evaporación para diferentes concentraciones de nanotubos de carbono y para láminas de madera de diferentes espesores. Además, utilizaron el sistema para tratar muestras líquidas emulando aguas residuales y estimaron su calidad postratamiento en términos de concentración de iones, contenido de aceite, y niveles bacterianos. Finalmente, estimaron la IE y las tasas de evaporación bajo diferentes velocidades de transporte de agua.

El análisis reveló que el mejor rendimiento de evaporación y la mayor eficiencia de conversión de energía solar a vapor logradas con este sistema fueron 2,22 kg m ^-2 h ^-1 y 93,2%, respectivamente, que son más altos que otros materiales a base de carbono. Es más, el evaporador mostró suficiente capacidad de autolimpieza junto con una excelente estabilidad después de 10 ciclos. El agua tratada exhibió concentraciones de iones metálicos significativamente reducidas, nivel de bacterias y contenido de aceite en comparación con las muestras de entrada, sugiriendo que era apto para beber.

Con resultados tan alentadores, El profesor Miao lo considera un triunfo de la estrategia de "combinación de energía" y cree que ha abierto nuevos caminos. Ella dice, "Nuestra estrategia produjo una mejora del 40% en la tasa de evaporación junto con una alta eficiencia de conversión de energía solar a vapor del 93%. Ahora esperamos la implementación práctica de DSSG en la desalinización de agua de mar y tratamiento de aguas residuales. En el futuro, Esperamos tener nuevas ideas para desarrollar más esta tecnología hasta que hayamos erradicado la escasez de agua ".