Aproximadamente 2.200 millones de personas en todo el mundo carecen de acceso confiable a agua potable, según las Naciones Unidas, y es probable que los crecientes impactos del cambio climático empeoren esta realidad.

La generación de vapor solar (SSG) ha surgido como una tecnología de energía renovable prometedora para la recolección de agua, desalinización, y purificación que podría beneficiar a las personas que más lo necesitan en comunidades remotas, zonas de socorro en casos de desastre, y naciones en desarrollo. En Letras de física aplicada , Los investigadores de Virginia Tech desarrollaron un árbol sintético para mejorar la SSG.

SSG convierte la energía solar en calor. El agua de un tanque de almacenamiento se absorbe continuamente Columnas flotantes porosas. Una vez que el agua llega a la capa de material fototérmico, se evapora, y el vapor se condensa en agua potable.

Un desafío importante en la ampliación de la tecnología SSG es el límite en la fuerza capilar más allá de una cierta altura de columna, cuando el agua no puede absorber la mecha lo suficientemente rápido para seguir el ritmo del proceso de evaporación. La fuerza capilar, según la tensión superficial que hace que el agua "trepe" por una toalla de papel porosa, impulsa el agua hacia el evaporador.

Inspirado en los manglares que prosperan a lo largo de las costas, los investigadores superaron este obstáculo creando un árbol sintético para reemplazar la acción capilar con transpiración, el proceso de movimiento del agua a través de una planta y su evaporación de las hojas, tallos, y flores. La transpiración puede bombear agua hacia tubos aislantes de cualquier altura deseada.

En árboles reales la transpiración comienza en las raíces, que succionan agua a través de vasos huecos hechos de tejido del xilema. Mientras el agua se calienta, se libera en forma de vapor a través de los poros del envés de las hojas.

El árbol sintético consta de una matriz de 19 tubos, cubierto por un disco de cerámica nanoporosa, que sirve como hoja. Cada tubo de plástico, imitando los conductos del xilema, mide 6 centímetros de alto, poco menos de 2,5 pulgadas, con un diámetro interior de 3,175 milímetros, alrededor de una décima de pulgada.

La configuración permite que la interfaz de evaporación se separe térmicamente del agua a granel en el tanque, para que el evaporador no se seque. El agua que se evapora del disco se repone por succión, que bombea continuamente más agua desde un tanque inferior hasta la matriz de tubos.

"Esperamos que nuestro generador de vapor solar basado en árboles sea de interés para aplicaciones en la extracción y purificación de agua subterránea, "El autor Jonathan Boreyko dijo." El objetivo final es lograr una presión de succión lo suficientemente fuerte como para sacar el agua del océano a través de un filtro que excluye la sal sin requerir una bomba mecánica, análogo a cómo los árboles de mangle pueden crecer en el agua del océano ".

La investigación futura podría centrarse en la fabricación de árboles más altos, agregar más hojas para aumentar el área sobre la que se produce la evaporación, e incorporar membranas de desalinización en las entradas de los tubos para evitar la acumulación de sal.