Solární systém nabízí cestu k levnému odsolování

Vydáno 15.2.2022 Věda

Odhaduje se, že dvě třetiny lidstva jsou postiženy nedostatkem vody. Mnoho takových oblastí v rozvojovém světě také čelí nedostatku spolehlivé elektřiny. Rozsáhlé výzkumné úsilí se tak zaměřilo na způsoby, jak odsolovat mořskou nebo brakickou vodu pouze pomocí slunečního tepla. Mnoho takových snah však narazilo na problémy se zanášením zařízení způsobeným nahromaděním soli, což často zvyšuje složitost a náklady.

Nyní tým výzkumníků z MIT (Massachusettský technologický institut) a výzkumníků v Číně přišel s řešením problému akumulace soli. V tomto procesu vyvinul systém odsolování, který je účinnější a levnější než předchozí metody solárního odsolování. Proces by mohl být také použit k čištění kontaminované odpadní vody nebo k výrobě páry pro sterilizaci lékařských nástrojů, to vše bez potřeby jiného zdroje energie než samotného slunečního záření.

Zjištění jsou popsána v časopise Nature Communications, v článku postgraduálního studenta MIT Lenana Zhanga, postdoktora Xiangyu Li, profesora strojního inženýrství Evelyn Wanga a dalších.

„Proběhlo mnoho demonstrací skutečně vysoce výkonných, soli odmítajících, solárních odpařovacích konstrukcí různých zařízení. Výzvou byla také otázka znečištění solí, kterou lidé příliš neřešili. Sice vidíme atraktivní čísla výkonu, ale často jsou omezena kvůli životnosti. Postupem času se věci zanesou,“ říká Evelyn Wang.

Mnoho pokusů o solární odsolovací systémy se spoléhá na nějaký druh knotu, který protáhne slanou vodu skrz zařízení, ale tyto knoty jsou citlivé na hromadění soli a poměrně obtížně se čistí. Tým se místo toho zaměřil na vývoj systému bez knotu. Výsledkem je vrstvený systém s tmavým materiálem nahoře absorbujícím sluneční teplo a tenkou vrstvou vody nad perforovanou vrstvou materiálu, sedící na vrcholu hluboké nádrže se slanou vodou, jako je nádrž nebo rybník. Po pečlivých výpočtech a experimentech vědci určili optimální velikost otvorů vyvrtaných skrz perforovaný materiál, který byl v jejich testech vyroben z polyuretanu. Tyto otvory o průměru 2,5 milimetru lze snadno vytvořit pomocí běžně dostupných vodních paprsků. Otvory jsou dostatečně velké, aby umožnily přirozenou konvektivní cirkulaci mezi teplejší horní vrstvou vody a chladnější nádrží pod ní. Tato cirkulace přirozeně stahuje sůl z horní tenké vrstvy dolů, do mnohem větší vodní plochy pod sebou, kde se dobře zředí a již nepředstavuje problém. „Umožňuje nám to dosáhnout vysokého výkonu a přitom také zabránit hromadění soli,“ říká Wang, který je profesorem inženýrství Ford a vedoucím katedry strojního inženýrství.

Postdoktor Xiangyu Li říká, že výhody tohoto systému jsou jak vysoký výkon, tak spolehlivý provoz, zejména v extrémních podmínkách, kdy můžou pracovat s téměř nasycenou slanou vodou. To znamená, že je systém také velmi užitečný pro čištění odpadních vod. Dodává, že mnoho práce na takovém solárním odsolování se soustředilo na nové, levné a dostupné materiály, které jsou určené téměř pro každou domácnost. Klíčem bylo analyzovat a pochopit konvektivní proudění, které pohání tento zcela pasivní systém. 

Tento nový přístup poskytuje slibnou a účinnou cestu pro odsolování vysoce slaných roztoků a mohl by změnit hru v solárním odsolování vody. Posouzení tohoto konceptu ve velkých a dlouhodobých podmínkách vyžaduje další práci,” tvrdí Hadi Ghasemi, profesor chemického a biomolekulárního inženýrství na University of Houston.  

Stejně jako horký vzduch stoupá a studený klesá, přirozená konvekce pohání v tomto zařízení proces odsolování. V uzavřené vodní vrstvě poblíž horní části se odpařování děje na samém horním rozhraní. Kvůli soli je hustota vody na samém horním rozhraní vyšší a spodní voda má nižší hustotu. Toto je hnací síla pro přirozenou konvekci, protože vyšší hustota nahoře pohání slanou tekutinu dolů. Voda odpařená z horní části systému se pak může shromažďovat na kondenzačním povrchu, což poskytuje čistou čerstvou vodu.

Odmítání soli do vody níže by také mohlo způsobit ztráty tepla v procesu, takže zabránění tomu by vyžadovalo pečlivé inženýrství, včetně vytvoření perforované vrstvy z vysoce izolačního materiálu, aby se teplo koncentrovalo nahoře. Solární ohřev v horní části je realizován jednoduchou vrstvou černé barvy.

Na základě výpočtů by systém s pouhým 1 čtverečním metrem sběrné plochy měl stačit k zajištění denní spotřeby pitné vody jedné rodiny. Zařízení je pozoruhodně stabilní. „I když použijeme nějakou extrémní poruchu, jako jsou vlny na mořské vodě nebo jezeře, kde by takové zařízení mohlo být instalováno jako plovoucí plošina, může se vrátit do své původní rovnovážné polohy velmi rychle,“ říká profesor strojního inženýrství Evelyn Wang.

„Nezbytná práce na převedení tohoto laboratorního důkazu do funkčních komerčních zařízení a na zlepšení celkové rychlosti produkce vody by měla být možná během několika let,” vysvětluje Zhang. První aplikace budou pravděpodobně poskytovat bezpečnou vodu v odlehlých lokalitách mimo síť nebo pro pomoc při katastrofách po hurikánech, zemětřesení nebo jiných přerušeních normálních dodávek vody.

Zhang dodává, že pokud dokáží soustředit sluneční světlo, mohli by toto pasivní zařízení použít i k výrobě vysokoteplotní páry k lékařské sterilizaci pro venkovské oblasti mimo síť.

„Myslím si, že skutečnou příležitostí je rozvojový svět. Pokud náš koncept ale opravdu chceme dostat ven, musíme pracovat také s koncovými uživateli,“ říká Wang.

„Jedná se o novou strategii k vyřešení problému akumulace soli při solárním odpařování.Tento elegantní design bude inspirovat nové inovace v designu pokročilých solárních výparníků. Strategie je velmi slibná díky své vysoké energetické účinnosti, provozní životnosti a nízkým nákladům, což přispívá k nízkonákladovému a pasivnímu odsolování vody za účelem výroby čerstvé vody z různé zdrojové vody s vysokou slaností, jako je například mořská voda, solanka nebo brakická podzemní voda,“ ohodnotil závěrem výzkum Peng Wang, profesor na King Abdullah University of Science and Technology v Saúdské Arábii, který s projektem nebyl spojen.

 (lj)

 

Zdroj: TechXplore

 

 

Zadejte e-mailovou adresu

a nic ze Světa průmyslu vám už neunikne!

Vaše osobní údaje budeme zpracovávat pouze za účelem zasílání newsletterů, a to v souladu s platnou legislativou a zásadami ochrany osobních údajů. Svůj souhlas se zasíláním a zpracováním osobních údajů můžete kdykoli odvolat prostřednictvím odhlašovacího odkazu v každé kampani.

Rozhovory

P-D Refractories CZ a.s. – lídr na poli žárovzdorných materiálů

P-D Refractories CZ a.s. – lídr na poli žárovzdorných materiálů

Vydáno 24.6.2022

P-D Refractories CZ a.s. je jedním z největších výrobců a dodavatelů žárovzdorných výrobků a surovin v Evropě. Na primární položky produkce, novinky a úskalí spojená s energetickou krizí a konfliktem na Ukrajině jsme se zeptali Ing. Jiřího Kyncla, generálního ředitele společnosti.     Vaší vizí jsou stále lepší výrobky a služby pro Vaše zákazníky. Můžete nám […]

Profesionálně od podlahy až po střechu

Profesionálně od podlahy až po střechu

Vydáno 24.6.2022

Polyuretanová, tedy PUR pěna je jedním z nejlehčích a nejlepších izolantů. Způsob, jakým se pěna aplikuje, řeší spoustu kritických detailů, se kterými se řemeslníci potýkají u jiných izolantů, které musí opracovat, tvarovat, spojovat či lepit. Jaké typy střech se PUR pěnou izolují? K čemu se PUR pěna používá ve filmovém a zábavním průmyslu? Jak přispívá […]

Tradiční dodavatel v netradiční době

Tradiční dodavatel v netradiční době

Vydáno 24.6.2022

Společnost Doosan Škoda Power s.r.o., výrobce parních turbín a souvisejících energetických zařízení, má za sebou dlouhou a úspěšnou historii 118 let a více než 650 dodaných strojů o souhrnném výkonu 130 GW po celém světě. Štepán Šmida, který ve společnosti působí na pozici Business Development Manager, na Dnech teplárenství a energetiky mluvil o možnostech, které […]

ESG projekty pro zdravější životní prostředí

ESG projekty pro zdravější životní prostředí

Vydáno 23.6.2022

Naše produkty vyrábíme ze surovin, které si bereme z přírody. Přetváříme je do přírodního stavebního materiálu, ze kterého umožňujeme našim zákazníkům stavět zdravé a udržitelné bydlení. Naše společnost je vedena snahou vracet přírodě, když si z ní něco bereme, a proto jsme v letošním roce zintenzivnili práci na projektech, které jsou spojené s ochranou a […]

Zobrazit Více