Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà nghiên cứu đã chứng minh một nguyên mẫu thành công của một thành phần quan trọng để khử mặn quy mô nhỏ giá cả phải chăng: một thiết bị bay hơi mặt trời rẻ tiền, làm bằng gỗ.
Khoảng một tỷ người trên thế giới thiếu nước uống an toàn. Khử mặn nước mặn vào nước uống có thể giúp lấp đầy khoảng trống nguy hiểm này. Nhưng các hệ thống khử muối truyền thống quá tốn kém để cài đặt và vận hành ở nhiều địa điểm, đặc biệt là ở các nước thu nhập thấp và vùng sâu vùng xa.
Bây giờ các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật A. James Clark của Đại học Maryland đã trình diễn một nguyên mẫu thành công của một thành phần quan trọng để khử mặn quy mô nhỏ giá cả phải chăng: một thiết bị bay hơi mặt trời rẻ tiền, làm bằng gỗ. Liangbing Hu, phó giáo sư khoa học vật liệu và kỹ thuật và chi nhánh của Viện đổi mới năng lượng Maryland cho biết, thiết bị bay hơi tạo ra hơi nước với hiệu quả cao và nhu cầu bảo trì tối thiểu.
Thiết kế này sử dụng một kỹ thuật gọi là bay hơi giao thoa, “cho thấy tiềm năng lớn để đối phó với tình trạng khan hiếm nước toàn cầu vì hiệu quả năng lượng mặt trời cao, tác động môi trường thấp và thiết kế thiết bị cầm tay với chi phí thấp”, Hu nói. “Những tính năng này làm cho nó phù hợp cho việc tạo và lọc nước ngoài lưới, đặc biệt là đối với các nước thu nhập thấp.”
Thiết bị bay hơi liên vùng được làm bằng vật liệu mỏng nổi trên nước mặn. Hấp thụ nhiệt mặt trời trên đỉnh, các thiết bị bay hơi liên tục kéo nước muối từ bên dưới xuống và chuyển thành hơi nước trên bề mặt trên cùng của chúng, để lại muối, Hu, tác giả cao cấp trên một bài báo mô tả công việc trong Vật liệu tiên tiến .
Tuy nhiên, theo thời gian muối có thể tích tụ trên bề mặt bay hơi này, dần dần làm giảm hiệu suất cho đến khi nó được loại bỏ, ông nói.
Hu và các đồng nghiệp đã giảm thiểu nhu cầu bảo trì này bằng một thiết bị làm từ gỗ trầm khai thác cấu trúc tự nhiên của gỗ trong các kênh rộng micron mang nước và chất dinh dưỡng lên cây.
Các nhà nghiên cứu bổ sung các kênh tự nhiên này bằng cách khoan một mảng thứ hai của các kênh rộng milimet thông qua một mặt cắt ngang mỏng của gỗ, Yudi Kuang, một học giả thỉnh giảng và tác giả chính của bài báo cho biết. Các nhà điều tra sau đó phơi bày ngắn gọn bề mặt trên cùng với nhiệt độ cao, làm carbon hóa bề mặt để hấp thụ năng lượng mặt trời lớn hơn.
Khi hoạt động, thiết bị hấp thụ năng lượng mặt trời, nó hút nước mặn thông qua các kênh rộng micron tự nhiên của gỗ. Muối được trao đổi một cách tự nhiên từ các kênh nhỏ này thông qua các khe hở tự nhiên dọc theo các cạnh của chúng đến các kênh khoan rộng lớn hơn, và sau đó dễ dàng hòa tan trở lại vào nước bên dưới.
“Trong phòng thí nghiệm, chúng tôi đã chứng minh thành công khả năng chống ô nhiễm tuyệt vời trong một phạm vi nồng độ muối rộng, với việc tạo hơi nước ổn định với hiệu suất khoảng 75%,” Kuang nói.
“Sử dụng gỗ tự nhiên làm nguyên liệu ban đầu duy nhất, thiết bị bay hơi mặt trời loại bỏ muối dự kiến sẽ có giá thành thấp”, cộng tác viên nghiên cứu Chaoji Chen cho biết thêm. Cách tiếp cận thiết bị bay hơi cũng có hiệu quả trong các loại gỗ khác với các kênh tự nhiên tương tự. Các nhà nghiên cứu hiện đang tối ưu hóa hệ thống của họ để có hiệu quả cao hơn, chi phí vốn thấp hơn và tích hợp với thiết bị ngưng tụ hơi nước để hoàn thành chu trình khử muối.
Phòng thí nghiệm của Hu gần đây cũng đã phát triển một thiết bị nguyên mẫu làm nóng bằng năng lượng mặt trời, tận dụng khả năng hấp thụ và phân phối năng lượng mặt trời của gỗ carbonized – thiết bị này được tạo ra để giúp làm sạch các vết dầu nặng khó thu gom. “Vật liệu gỗ carbonized của chúng tôi cho thấy sự hấp thụ dầu thô nhanh chóng và hiệu quả, cũng như tiềm năng sản xuất chi phí thấp và có thể mở rộng”, Kuang, tác giả chính của bài báo về nghiên cứu về Vật liệu chức năng nâng cao cho biết.
“Gỗ là một giàn giáo vật liệu hấp dẫn, với cấu trúc xốp phân cấp độc đáo, và nó là một nguồn tài nguyên có thể tái tạo, phong phú và hiệu quả về chi phí,” Hu nói. “Trong phòng thí nghiệm của chúng tôi, sự hiểu biết cơ bản về vật liệu sinh học (đặc biệt là gỗ) dẫn chúng tôi đạt được hiệu suất phi thường cạnh tranh với các vật liệu được sử dụng rộng rãi nhưng không bền vững.”
Trong số các dự án khác, phòng thí nghiệm của ông đã tạo ra các vật liệu cách điện “nanowood” nhẹ và hiệu quả. Nó cũng đã chế tạo “siêu gỗ” mạnh hơn 12 lần và cứng hơn 10 lần so với gỗ tự nhiên và có khả năng thay thế thép, titan hoặc sợi carbon trong một số ứng dụng, ông nói.
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Maryland . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :