Pengumpulan Energi Matahari untuk Air Minum Bersih

Salah satu solusi untuk masalah air minum bersih bersih yang terus berkembang adalah teknologi pembangkit langsung uap matahari, yang dapat menghilangkan polutan larut yang berbahaya dari air. Kredit: Lei Miao dari SIT

Para ilmuwan sedang meninjau beberapa penelitian di balik teknologi yang dapat memicu krisis air minum global yang sedang berkembang.

Solusi yang baru lahir tetapi menjanjikan untuk masalah kelangkaan air di dunia dapat berupa pemurnian air melalui teknologi pembangkit uap tenaga surya langsung. Tetapi sementara para peneliti sedang dalam perjalanan untuk membuat teknologi ini dapat diterapkan secara praktis, garis finisnya masih jauh. Sebuah studi baru tentang Bahan Energi Matahari dan Sel Surya Elsevier membawa kita melalui bagian dari perjalanan penelitian yang luar biasa ini, yang melibatkan strategi desain perangkat untuk mengoptimalkan proses pembangkitan uap.

Tanpa air minum tidak ada kehidupan. Namun, hampir 1,1 miliar orang di dunia tidak memiliki akses ke air bersih dan 2,4 miliar lainnya menderita penyakit yang disebabkan oleh air minum yang tidak bersih. Ini karena sementara ilmu pengetahuan telah memberikan metode pengolahan air yang canggih seperti distilasi membran dan reverse osmosis, metode ini seringkali sulit diterapkan di negara berkembang karena metode ini. biaya tinggi dan produktivitas rendah.

Teknologi yang lebih berkembang menjanjikan sebagai alternatif untuk wilayah dunia seperti: pembangkit uap tenaga surya langsung (DSSG). DSSG melibatkan pengumpulan panas dari matahari untuk mengubah air menjadi uap, dengan demikian menghilangkan garam atau membersihkannya dari kotoran terlarut lainnya. Uap kemudian didinginkan dan dikumpulkan sebagai air bersih untuk digunakan.

Ini adalah teknologi sederhana, tetapi langkah kuncinya, penguapan, menghadirkan hambatan untuk komersialisasi. Dengan teknologi yang ada, kinerja penguapan telah mencapai batas teoritisnya. Namun, ini tidak cukup untuk implementasi praktis. Langkah-langkah untuk meningkatkan desain perangkat untuk meminimalkan kehilangan panas matahari sebelum mencapai air massa, mendaur ulang panas laten dalam air, juga menyerap dan menggunakan energi dari lingkungan, dan sebagainya, adalah telah diambil untuk meningkatkan kinerja penguapan di luar batas teoritis dan membuat teknologi ini memungkinkan.

Dalam artikel baru yang diterbitkan di Solar Energy Materials and Solar Cells, Profesor Lei Miao dari Shibaura Institute of Technology, Jepang, bersama rekannya Xiaojiang Mu, Yufei Gu, dan Jianhua Zhou dari Guilin University of Electronic Technology, China , tinjau kembali strategi yang dirumuskan dalam dua tahun terakhir untuk mengatasi batasan teoretis ini. “Tujuan kami adalah meringkas sejarah pengembangan strategi penguapan baru, untuk menunjukkan kekurangan dan tantangan saat ini, dan untuk memberikan arahan penelitian di masa depan untuk mempercepat penerapan praktis dari teknologi pemurnian DSSG.” , kata Profesor Miao.

Strategi perintis untuk memulai kisah evolusi ini adalah sistem volumetrik, yang, alih-alih pemanasan besar-besaran, menggunakan suspensi logam mulia atau nanopartikel karbon untuk menyerap energi dari matahari, mentransfer panas ke air. ia mengelilingi partikel-partikel ini, ia menghasilkan uap. Sementara ini meningkatkan energi yang diserap oleh sistem, ada banyak panas yang hilang.

Untuk mengatasi masalah ini, sistem “tipe kontak langsung” dikembangkan, di mana struktur lapisan ganda dengan ukuran pori yang berbeda menutupi air dalam jumlah besar. Lapisan atas dengan pori-pori lebih besar berfungsi sebagai penyerap panas dan jalur keluarnya uap dan lapisan bawah dengan pori-pori lebih kecil digunakan untuk mengangkut air dari massa ke lapisan atas. Dalam sistem ini, kontak antara lapisan atas yang dipanaskan dan air terkonsentrasi, dan kehilangan panas berkurang hingga sekitar 15%.

Sistem “jalur air 2D” atau “tipe kontak tidak langsung” diikuti, yang juga mengurangi kehilangan panas dengan menghindari kontak antara penyerap energi matahari dan air tanah. Ini membuka jalan bagi kemungkinan pengembangan sistem “Jalur Air 1D”, yang terinspirasi oleh proses alami transportasi air berdasarkan aksi kapiler pada tumbuhan. Sistem ini menunjukkan laju penguapan yang mengesankan sebesar 4,11 kg m-2h-1, hampir tiga kali lipat dari batas teoretis, dengan kehilangan panas hanya 7%.

Ini diikuti oleh teknik kontrol injeksi di mana semprotan air terkontrol sebagai hujan pada penyerap energi matahari memungkinkan penyerapannya dengan cara yang meniru yang ada di tanah. Hal ini menghasilkan laju penguapan 2,4 kg m-2h-1 dengan efisiensi konversi 99% dari energi matahari menjadi uap air.

Secara paralel, strategi untuk mendapatkan energi tambahan dari lingkungan atau dari massa air itu sendiri, dan memulihkan panas laten dari uap suhu tinggi, telah dikembangkan untuk meningkatkan laju penguapan. Teknik untuk mengurangi energi yang dibutuhkan untuk penguapan juga dikembangkan, seperti aerogel terhidrasi dan penyerap cahaya, spons poliuretan dengan nanopartikel karbon hitam, dan kayu berlapis karbon (CD) untuk menahannya. ‘energi dari matahari dan air untuk diuapkan.

Banyak strategi konsepsi lain yang ada dan banyak lagi yang akan datang. Banyak masalah yang relevan – seperti pengumpulan air kondensat, daya tahan material, dan stabilitas selama aplikasi luar ruangan dalam kondisi angin dan cuaca yang berfluktuasi – tetap harus ditangani.

Namun kecepatan kemajuan teknologi ini membuat kita menunggu. “Jalan menuju penerapan praktis DSSG penuh dengan masalah,” kata Profesor Miao. “Tetapi mengingat kelebihannya, ada kemungkinan bahwa ini adalah salah satu solusi tepat untuk masalah kelangkaan air minum kita yang semakin meningkat.”

Referensi: “Strategi untuk mematahkan batasan penguapan teoretis dalam pembangkitan langsung uap matahari” oleh Xiaojiang Mu, Yufei Gu, Pengfei Wang, Anyun Wei, Yongzhi Tian, ​​Jianhua Zhou, Yulian Chen, Jiahong Zhang, Zhiqiang Sun, Jing Liu, Lixian Sun, Sakae Tanemura dan Lei Miao, 19 Oktober 2020, Bahan Energi Matahari dan Sel Surya.
DOI: 10.1016 / j.solmat.2020.110842

Pendanaan: Program Penelitian dan Pengembangan Kunci Nasional Cina, Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Guangxi Cina, Program Penelitian Ilmiah dan Pengembangan Teknologi Guangxi.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Topan Super Surigae menyulut Pasifik

19 April 2021 Topan super mencapai intensitas ekstrem setahun lebih banyak daripada badai era satelit mana pun. Surigae tidak akan mendarat, tetapi topan yang muncul di...

Mekanisme fotoenzim kunci yang diuraikan

Kesan artis tentang katalisis enzimatik yang diusulkan dalam mekanisme fotodekarboksilase asam lemak (Sains 2021). Kredit: Damien Sorigué Pengoperasian enzim FAP, yang berguna untuk memproduksi...

DOE Mendorong Investasi A.S. yang Agresif dalam Energy Fusion

Sinar laser energi tinggi NIF berkumpul di target di tengah kamera target. Keberhasilan mendapatkan penyalaan fusi akan menjadi langkah maju yang besar dalam...

Fisikawan menciptakan bit kuantum yang dapat mencari materi gelap

Sebuah qubit (persegi panjang kecil) dipasang pada tingkat kebiruan, yang berada di atas jari untuk menunjukkan skala. Ilmuwan di Farmland Universitas Chicago menggunakan...

Ahli paleontologi memperkirakan bahwa 2,5 miliar T. rex menjelajahi Bumi selama periode Kapur

Untuk semua mereka yang terlambatKapur Menurut sebuah studi baru, jumlah total tyrannosaurus yang pernah hidup di Bumi adalah sekitar 2,5 miliar individu, di mana...

Newsletter

Subscribe to stay updated.