MIT Ingenieuren a Kollaborateuren hunn e Solarenergie entwéckelt Desalinatioun Apparat deen Salzverstoppungsprobleemer vun aneren Designen vermeit.
Ingenieuren um MIT an a China zielen Mierwaasser an Drénkwaasser ze maachen mat engem komplett passiven Apparat inspiréiert vum Ozean a vun der Sonn ugedriwwen.
An engem Pabeier deen am Journal erschéngt Joule, d'Team beschreift den Design fir en neie Solar-Desalinatiounssystem, deen Salzwaasser anhëlt an et mat natierleche Sonneliicht erhëtzt.
D'Konfiguratioun vum Desalinatiounsapparat erlaabt d'Waasser zirkuléieren an dréiende Wirbelen, sou wéi déi vill méi grouss "Thermohaline" Zirkulatioun vum Ozean. Dës Zirkulatioun, kombinéiert mat der Hëtzt vun der Sonn, verdampt Waasser, léisst Salz hannerlooss. De doraus resultéierende Waasserdamp kann dann kondenséiert a gesammelt ginn als reng, drénken Waasser.
An der Zwëschenzäit gëtt de Rescht Salz weider duerch an aus dem Apparat zirkuléiert, anstatt de System ze accumuléieren an ze verstoppen.
Den neien Desalinatiounssystem huet e méi héije Waasserproduktiounsquote an e méi héije Salzoflehnungsquote wéi all aner passiv Solar Desalinatiounskonzepter déi momentan getest ginn.
D'Fuerscher schätzen datt wann de System op d'Gréisst vun engem klenge Koffer opgebaut gëtt, et ongeféier 4 bis 6 Liter Drénkwaasser pro Stonn produzéiere kann an e puer Joer daueren ier se Ersatzdeeler erfuerderen. Op dëser Skala an der Leeschtung kéint de System Drénkwaasser zu engem Tarif a Präis produzéieren, dee méi bëlleg ass wéi Krunnwaasser.
Outdoor Test vum Prototyp ënner natierleche Sonneliicht. Bildkreditter: Jintong Gao an Zhenyuan Xu / MIT
"Fir d'éischte Kéier ass et méiglech datt Waasser, produzéiert vu Sonneliicht, nach méi bëlleg ass wéi d'Krappewaasser", seet de Lenan Zhang, e Fuerscher Wëssenschaftler am MIT's Device Research Laboratory.
D'Team stellt vir, datt e scaled-up Desalinatiounsapparat passiv genuch Drénkwaasser produzéiert fir den alldeeglechen Ufuerderunge vun enger klenger Famill z'erreechen. De System kéint och Off-Grid, Küstgemeinschaften liwweren, wou Mierwaasser liicht zougänglech ass.
Dem Zhang seng Studie Co-Autoren enthalen MIT Graduéierter Student Yang Zhong an Evelyn Wang, de Ford Professer fir Ingenieur, zesumme mam Jintong Gao, Jinfang You, Zhanyu Ye, Ruzhu Wang, an Zhenyuan Xu vun der Shanghai Jiao Tong Universitéit a China.
Eng mächteg Konvektioun
Der Equipe d'nei desalination System verbessert op hir virdrun Design - en ähnlecht Konzept vu multiple Schichten, genannt Etappen. All Etapp enthält en Verdamper an e Kondensor, deen d'Hëtzt vun der Sonn benotzt huet fir d'Salz vum erakommende Waasser passiv ze trennen.
Dësen Design, deen d'Team um Daach vun engem MIT-Gebai getest huet, huet d'Sonn Energie effizient ëmgewandelt fir Waasser ze verdampen, dat dann an Drénkwaasser kondenséiert gouf.
Awer d'Salz, dat iwwreg war, huet sech séier als Kristalle gesammelt, déi de System no e puer Deeg verstoppt hunn. An engem realen Ëmfeld muss e Benotzer dacks Bühne placéieren, wat d'Gesamtkäschte vum System wesentlech erhéijen.
An engem Suivi Effort, si eng Léisung ausgeschafft mat enger ähnlecher Schichtkonfiguratioun, dës Kéier mat enger zousätzlech Feature, déi gehollef huet d'Entrée Waasser zirkuléieren wéi och all Rescht Salz. Wärend dësen Design verhënnert huet datt d'Salz sech setzt an um Apparat accumuléiert, huet et Waasser mat engem relativ nidderegen Taux entsalzt.
An der leschter Iteratioun mengt d'Team datt et op engem Desalinatiounssystem Design gelant ass, deen souwuel en héije Waasserproduktiounstaux erreecht huet, wéi och eng héich Salz Oflehnung, dat heescht datt de System séier an zouverlässeg Drénkwaasser fir eng laang Zäit produzéiere kann.
De Schlëssel fir hiren neien Design ass eng Kombinatioun vun hiren zwee fréiere Konzepter: e Multistage System vun Verdampfer a Kondensatoren, deen och konfiguréiert ass fir d'Zirkulatioun vu Waasser - a Salz - an all Etapp ze stäerken.
"Mir stellen elo eng nach méi mächteg Konvektioun vir, déi ähnlech ass wéi wat mir normalerweis am Ozean gesinn, op Kilometer laang Skalen", seet de Xu.
Déi kleng Zirkulatioun, déi am neie System vum Team generéiert gëtt, ass ähnlech wéi d'"Thermohaline" Konvektioun am Ozean - e Phänomen deen d'Bewegung vum Waasser ronderëm d'Welt dréit, baséiert op Differenzen an der Miertemperatur ("Thermo") a Salinitéit ("Halin" ).
"Wann Mierwaasser u Loft ausgesat ass, dréit d'Sonneliicht Waasser fir ze verdampen. Wann d'Waasser d'Uewerfläch verléisst, bleift Salz. A wat d'Salzkonzentratioun méi héich ass, wat d'Flëssegkeet méi dichter ass, an dëst méi schwéier Waasser wëll no ënnen fléissen", erkläert den Zhang.
"Duerch dës Kilometer-breet Phänomener a klenge Këscht mimikéieren, kënne mir vun dëser Feature profitéieren fir Salz ze refuséieren."
Ausklappen
D'Häerz vum neien Design vun der Équipe ass eng eenzeg Etapp déi op eng dënn Këscht ähnelt, mat engem donkelen Material dropgesat dat effizient d'Hëtzt vun der Sonn absorbéiert. Bannen ass d'Këscht an en Top an ënnen Sektioun getrennt.
Waasser kann duerch déi iewescht Halschent fléien, wou d'Plafong mat enger Verdampferschicht bedeckt ass, déi d'Sonn Hëtzt benotzt fir opzewiermen an all Waasser am direkte Kontakt ze verdampen. De Waasserdamp gëtt dann an déi ënnescht Halschent vun der Këscht getratt, wou eng Kondensatiounsschicht den Damp an d'Salzfräi, drénkbar Flëssegkeet ofkillt.
D'Fuerscher hunn d'ganz Këscht op eng Kipp an engem gréisseren, eidele Behälter gesat, duerno e Rouer vun der ieweschter Halschent vun der Këscht erof duerch d'Ënnen vum Schiff befestegt an d'Schëff a Salzwaasser gefloss.
An dëser Konfiguratioun kann d'Waasser natierlech duerch d'Röhre an d'Këscht drécken, wou d'Schréiegt vun der Këscht, kombinéiert mat der thermescher Energie vun der Sonn, d'Waasser induzéieren fir ze dréinen wéi et duerch fléisst. Déi kleng Wirbelen hëllefen Waasser a Kontakt mat der ieweschter Verdampfungsschicht ze bréngen, wärend d'Salz zirkuléiert, anstatt sech ze settelen an ze verstoppen.
D'Team huet e puer Prototypen vun dësem Desalinatiounsapparat gebaut, mat enger, dräi an 10 Etappen, an huet hir Leeschtung am Waasser vu variéierter Salinitéit getest, dorënner natierlecht Mierwaasser a Waasser dat siwe Mol méi salzeg war.
Aus dësen Tester hunn d'Fuerscher berechent, datt wann all Etapp op e Quadratmeter eropgeschrauft gëtt, et bis zu 5 Liter Drénkwaasser pro Stonn géif produzéieren, an datt de System Waasser ouni Salz fir e puer Joer entsalte kann.
Gitt dës verlängert Liewensdauer, an d'Tatsaach datt de System komplett passiv ass, kee Stroum erfuerdert fir ze lafen, schätzt d'Team datt d'Gesamtkäschte fir de System ze bedreiwen wier méi bëlleg wéi dat wat et kascht fir Krunnwaasser an den USA ze produzéieren.
"Mir weisen datt dësen Apparat fäeg ass eng laang Liewensdauer z'erreechen", seet Zhong. "Dat heescht, datt et fir d'éischte Kéier méiglech ass, datt d'Drénkwaasser, dat duerch Sonneliicht produzéiert gëtt, méi bëlleg ass wéi d'Krunnwaasser. Dëst mécht d'Méiglechkeet fir Solar-Desalinatioun op fir d'real Weltproblemer unzegoen.
"Dëst ass eng ganz innovativ Approche déi effektiv Schlëssel Erausfuerderungen am Beräich vun der Desalinatioun reduzéiert", seet de Guihua Yu, deen nohalteg Waasser- an Energiespeichersystemer op der University of Texas zu Austin entwéckelt a war net an der Fuerschung involvéiert.
"Den Design ass besonnesch gutt fir Regiounen, déi mat héije Salinitéit Waasser kämpfen. Säin modulare Design mécht et héich gëeegent fir Haushaltswaasserproduktioun, wat Skalierbarkeet an Adaptabilitéit erlaabt fir individuell Bedierfnesser z'erreechen.
Geschriwwen vum Jennifer Chu
