Инженеры из Мэрилендского университета обнаружили, что пористая древесина таких деревьев, как тополь и сосна, может значительно повысить эффективность преобразования воды в пар под действием солнечного света. Выводы, опубликованные 15 ноября в журнале Joule, могут быть использованы в простом и недорогом биоразлагаемом устройстве для очистки воды.
«Я думаю, что существует множество материалов, которые можно использовать для производства солнечного пара, но древесина действительно выделяется с точки зрения производительности, а также стоимости», - говорит старший автор Лянбинг Ху, доцент кафедры материаловедения и Инженерия в А. Инженерная школа Джеймса Кларка и Институт энергетических инноваций Университета Мэриленда.
Люди использовали солнечную энергию для очистки воды на протяжении тысячелетий, но в свете нехватки пресной воды, с которой сталкиваются многие регионы, растет интерес к разработке технологий, использующих этот простой метод для удовлетворения мирового спроса на воду. питьевая вода. Процесс, называемый «генерация солнечного пара», включает прохождение воды через материал или устройство, нагреваемое солнечным светом. Вода испаряется, превращаясь в пар, оставляя после себя соли и загрязнения.
Хотя можно использовать различные материалы, в том числе графит и медные нанотрубки, Ху и его команда обнаружили, что древесина эффективна, но не все виды древесины одинаковы. Из видов, которые они оценивали, наиболее эффективными оказались более пористые типы, такие как сосна и тополь. Они заметили, что более плотные виды, такие как кокоболо из тропических лиственных пород, генерируют пар медленнее, поскольку у них меньше пор, через которые может проходить вода.«В нашем случае вы просто берете кусок дерева и обжигаете поверхность. Вот и все», - говорит он.
Ху и его команда изучают различные виды древесины в качестве устройств для производства солнечного пара. Они проверили эффективность генерации солнечного пара деревянными блоками различной плотности, каждый размером с ладонь и толщиной всего 1 или 2 мм. Чтобы затемнить древесину, чтобы она могла лучше поглощать солнечное тепло, они карбонизировали (обожгли) верхнюю часть каждого блока, а затем измерили скорость, с которой вода, проходящая через древесину, превращается в пар. Они обнаружили, что элементы структуры древесины помогают эффективно облегчить этот процесс, а микроскопические поры и более крупные каналы позволяют воде быстро и непрерывно течь к нагретой солнцем поверхности.
Исследователи считают, что те же структурные элементы делают древесину превосходным материалом для получения чистой пресной воды из морской. Общая проблема с другими материалами заключается в том, что по мере испарения воды внутри устройства начинают накапливаться солевые отложения, которые блокируют путь воды наверх и предотвращают дальнейшее испарение. Поскольку каналы внутри дерева проходят прямо вверх и вниз, солевые отложения могут просто растворяться в воде внизу, не блокируя путь.
Ху считает, что пористая древесина может в ближайшем будущем генерировать пресную воду в больших масштабах. Он предполагает, что деревянные солнечные устройства для производства пара будут использоваться на водоочистных сооружениях в регионах с большим количеством соленой воды и солнечного света, от Калифорнии до Сингапура и Саудовской Аравии.
«Мы пытаемся продвинуть эту технологию дальше для использования в качестве продукта, в конечном счете, для решения проблем с водой с высокой эффективностью», - говорит Ху.