La nueva técnica de purificación de agua implica cubrir una hoja de papel humedecido con carbón en una "V" invertida. Los bordes inferiores del papel absorben agua, mientras que el revestimiento de carbono absorbe la energía solar y la transforma en calor para su evaporación. Crédito:Huaxiu Chen
La idea de utilizar la energía del sol para evaporar y purificar el agua es antigua. El filósofo griego Aristóteles describió tal proceso más de 2, Hace 000 años.
Ahora, los investigadores están llevando esta tecnología a la era moderna, usándolo para desinfectar el agua a lo que informan como índices récord.
Al cubrir de negro, papel bañado en carbón en forma triangular y usándolo para absorber y vaporizar agua, han desarrollado un método para utilizar la luz solar para generar agua limpia con una eficiencia casi perfecta.
"Nuestra técnica es capaz de producir agua potable a un ritmo más rápido de lo que se calcula teóricamente bajo la luz solar natural, "dice el investigador principal Qiaoqiang Gan, Doctor, profesor asociado de ingeniería eléctrica en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Buffalo.
Como explica Gan, "Generalmente, cuando se utiliza energía solar para evaporar el agua, parte de la energía se desperdicia a medida que se pierde calor en el entorno circundante. Esto hace que el proceso sea menos del 100 por ciento eficiente. Nuestro sistema tiene una forma de extraer calor del entorno circundante, lo que nos permite lograr una eficiencia casi perfecta ".
La tecnología de bajo costo podría proporcionar agua potable en regiones donde los recursos son escasos, o donde han ocurrido desastres naturales. Los avances se describen en un estudio publicado el 3 de mayo en la revista Ciencia avanzada .
Un componente central de la nueva tecnología es una hoja de papel bañada en carbón doblada en una "V" invertida. La geometría inclinada del papel lo mantiene fresco al debilitar la intensidad de la luz que lo ilumina. (Una superficie plana sería golpeada directamente por el sol). Esta novela, La arquitectura inclinada ayudó a acelerar la generación de vapor y agua en los experimentos. Crédito:Youhai Liu
El proyecto, financiado por la National Science Foundation (NSF), fue una colaboración entre UB, La Universidad de Fudan en China y la Universidad de Wisconsin-Madison. Haomin Song, licenciada en ingeniería eléctrica de la UB, y Youhai Liu, candidata a doctorado, fueron los primeros autores del estudio.
Gan, Song y otros colegas han lanzado una startup, Agua limpia soleada, para llevar el invento a las personas que lo necesiten. Con el apoyo del programa NSF Small Business Innovation Research, la empresa está integrando el nuevo sistema de evaporación en un prototipo de destilador solar, un purificador de agua que funciona con energía solar.
"Cuando hablas con funcionarios gubernamentales o organizaciones sin fines de lucro que trabajan en zonas de desastre, quieren saber:'¿Cuánta agua puedes generar cada día?' Tenemos una estrategia para impulsar el desempeño diario, ", Dice Song." Con un destilador solar del tamaño de un mini refrigerador, estimamos que podemos generar de 10 a 20 litros de agua limpia todos los días ".
Modernizando una tecnología milenaria
Los alambiques solares han existido durante mucho tiempo. Estos dispositivos utilizan el calor del sol para evaporar el agua, dejando sal, bacterias y suciedad detrás. Luego, el vapor de agua se enfría y vuelve a un estado líquido, momento en el que se recoge en un recipiente limpio.
La técnica tiene muchas ventajas. Es simple, y la fuente de energía, el sol, está disponible en casi todas partes. Pero desafortunadamente, incluso los últimos modelos de destiladores solares son algo ineficaces para vaporizar el agua.
De izquierda a derecha:investigadores Qiaoqiang Gan, Zongmin Bei y Haomin Song se encontraban entre los autores del nuevo estudio en Advanced Science. Los tres ingenieros y sus colegas están trabajando para llevar el destilador solar a las personas que lo necesitan a través de su empresa emergente. Agua limpia soleada. Crédito:Douglas Levere / Universidad de Buffalo
El equipo de Gan abordó este desafío a través de un Truco contrario a la intuición:aumentaron la eficiencia de su sistema de evaporación al enfriarlo.
Un componente central de su tecnología es una hoja de papel bañada en carbón que se dobla en forma de "V" invertida, como el techo de una pajarera. Los bordes inferiores del papel cuelgan en un charco de agua, absorbiendo el líquido como una servilleta. Al mismo tiempo, el revestimiento de carbono absorbe la energía solar y la transforma en calor para su evaporación.
Como explica Gan, La geometría inclinada del papel lo mantiene fresco al debilitar la intensidad de la luz solar que lo ilumina. (Los rayos del sol golpearían directamente una superficie plana). Debido a que la mayor parte del papel recubierto de carbón permanece a temperatura ambiente, puede extraer calor del área circundante, compensating for the regular loss of solar energy that occurs during the vaporization process.
Using this set-up, researchers evaporated the equivalent of 2.2 liters of water per hour for every square meter of area illuminated by the regular sun, higher than the theoretical upper limit of 1.68 liters, according to the new study. The team conducted its tests in the lab, using a solar simulator to generate light at the intensity of one regular sun.
"Most groups working on solar evaporation technologies are trying to develop advanced materials, such as metallic plasmonic and carbon-based nanomaterials, " Gan says. "We focused on using extremely low-cost materials and were still able to realize record-breaking performance.
"En tono rimbombante, this is the only example I know of where the thermal efficiency of the solar evaporation process is 100 percent when you consider solar energy input. By developing a technique where the vapor is below ambient temperature, we create new research possibilities for exploring alternatives to high-temperature steam generation."
