00

Инженеры усовершенствовали древний способ очищения воды

Инженеры усовершенствовали древний способ очищения воды

Недорогое устройство в форме птичьей клетки поможет производить питьевую воду в районах, пострадавших от катастроф.

Идея использования солнечной энергии для испарения и очищения воды применялась уже очень давно. Греческий философ Аристотель описывал такой процесс более двух тысяч лет назад. Теперь инженеры усовершенствовали эту технологию, и эффективность устройства оказалась намного выше, чем у аналогов.

Используя черную бумагу с графитовым покрытием, сложенную треугольником, для абсорбирования и испарения воды, ученые разработали метод использования солнечного света для производства чистой воды с эффективностью 100%.

«Наша технология позволяет производить питьевую воду быстрее, чем показывали расчеты при использовании естественного солнечного освещения», – рассказывает руководитель исследования Цяоцян Гань. Он объясняет, что «когда солнечная энергия используется для испарения воды, некоторое количество энергии переходит в окружающую среду в форме тепловой энергии. Поэтому эффективность процесса ниже 100%. Наша система, наоборот, получает энергию из окружающей среды, поэтому ее эффективность почти идеальна».

Участники проекта организовали компанию Sunny Clean Water для коммерческого распространения очистителей воды на основе новой технологии. «Когда мы разговариваем с представителями власти об использовании нашего очистителя в пострадавших районах, нас спрашивают, сколько воды в день можно получить. И у нас есть стратегия увеличения количества чистой воды», – рассказывает один из ученых. – «При размерах нашего очистителя с мини-холодильник мы рассчитываем получать 10-20 литров чистой воды в день».

Модернизация старинной технологии

Солнечные фильтры известны с древнейших времен. Они использовали солнечное тепло для испарения воды, устраняя из нее соль, бактерии и грязь. Затем водяной пар охлаждался и возвращался в жидкое состояние, и эту воду собирали в чистую емкость.

Технология хороша своей простотой и наличием источника энергии – солнечного света – почти повсеместно. Но, к сожалению, даже современные солнечные фильтры не обладают достаточно высокой эффективностью испарения воды.

Научная группа под руководством Цяоцяна Гань подошла к этой проблеме творчески: инженеры повысили эффективность испарительной системы, охладив ее.

Основной элемент их технологии – покрытый графитом лист бумаги, сложенный перевернутой буквой «V». Нижние грани бумаги помещены в воду, благодаря чему бумага впитывает воду, как салфетка. В это же время графит вбирает в себя солнечную энергию и использует ее для испарения воды.

Наклонные поверхности позволяют бумаге оставаться холодной, ослабляя интенсивность воздействия солнечного света. Поскольку в основном графитовая бумага находится при комнатной температуре, она берет энергию из окружающей среды, компенсируя потери, обусловленные процессом выпаривания.

Используя эту модель, ученые получают 2,2 литра воды в час на каждый квадратный метр освещаемой солнцем поверхности. Это выше, чем теоретический предел, составляющий 1,68 л. Испытания проводились в лаборатории с использованием установки, воспроизводящей солнечный свет.

«Большинство ученых, разрабатывающих подобные устройства, пытаются создать новые материалы, например, металлические плазмонические и графитовые наноматериалы», – рассказывает Гань. – «Мы сосредоточились на использовании дешевых материалов, которые способны обеспечить высочайшую эффективность. Важно отметить, что это единственный случай, когда термическая эффективность солнечного испарительного процесса составляет 100%. С помощью техники охлаждения пара – когда его температура ниже температуры окружающей среды – мы создали новые возможности для изучения альтернатив высокотемпературного парообразования».

 

 

Возврат к списку

Хотите подписаться на статьи электронного журнала "Электрорешения"?