Ang mga inhinyero at collaborator ng MIT ay nakabuo ng solar-powered pagkapuksa device na umiiwas sa mga isyu sa pagbabara ng asin ng iba pang mga disenyo.
Nilalayon ng mga inhinyero sa MIT at sa China na gawing inuming tubig ang tubig-dagat na may ganap na passive device na inspirasyon ng karagatan at pinapagana ng araw.
Ang isang tilted ten-stage desalination system prototype ay matatagpuan sa isang "parang bangka" na reservoir. Credit ng larawan: Jintong Gao at Zhenyuan Xu / MIT
Sa isang papel na lumalabas sa journal Joule, binabalangkas ng team ang disenyo para sa isang bagong solar desalination system na kumukuha ng tubig na asin at pinapainit ito ng natural na sikat ng araw.
Ang configuration ng desalination device ay nagbibigay-daan sa tubig na umikot sa mga umiikot na eddies, tulad ng mas malaking sirkulasyon ng "thermohaline" ng karagatan. Ang sirkulasyon na ito, na sinamahan ng init ng araw, ay sumisingaw ng tubig, na nag-iiwan ng asin. Ang nagreresultang singaw ng tubig ay maaaring ma-condensed at makolekta bilang dalisay, maiinom na tubig.
Samantala, ang natitirang asin ay patuloy na umiikot sa loob at labas ng device, sa halip na maipon at mabara ang system.
Ang bagong desalination system ay may mas mataas na water-production rate at mas mataas na salt-rejection rate kaysa sa lahat ng iba pang passive solar desalination concept na kasalukuyang sinusuri.
Tinataya ng mga mananaliksik na kung ang sistema ay pinalaki hanggang sa laki ng isang maliit na maleta, maaari itong makagawa ng mga 4 hanggang 6 na litro ng inuming tubig kada oras at magtatagal ng ilang taon bago nangangailangan ng mga kapalit na bahagi. Sa sukat at pagganap na ito, ang sistema ay maaaring gumawa ng inuming tubig sa isang rate at presyo na mas mura kaysa sa gripo ng tubig.
Panlabas na pagsubok ng prototype sa ilalim ng natural na sikat ng araw. Mga kredito ng larawan: Jintong Gao at Zhenyuan Xu / MIT
"Sa unang pagkakataon, posibleng ang tubig, na ginawa ng sikat ng araw, ay maging mas mura kaysa sa tubig sa gripo," sabi ni Lenan Zhang, isang research scientist sa MIT's Device Research Laboratory.
Inaakala ng team na ang isang pinaliit na desalination device ay makakagawa ng sapat na inuming tubig upang matugunan ang pang-araw-araw na pangangailangan ng isang maliit na pamilya. Ang sistema ay maaari ring magbigay ng off-grid, mga komunidad sa baybayin kung saan ang tubig-dagat ay madaling ma-access.
Kasama sa mga kasamang may-akda ng pag-aaral ni Zhang ang MIT graduate student na sina Yang Zhong at Evelyn Wang, ang Ford Professor of Engineering, kasama sina Jintong Gao, Jinfang You, Zhanyu Ye, Ruzhu Wang, at Zhenyuan Xu ng Shanghai Jiao Tong University sa China.
Isang malakas na convection
Ang bagong sistema ng desalination ng koponan ay nagpapabuti sa kanilang nakaraang disenyo — isang katulad na konsepto ng maramihang mga layer, na tinatawag na mga yugto. Ang bawat yugto ay naglalaman ng isang evaporator at isang condenser na gumagamit ng init mula sa araw upang pasibo na ihiwalay ang asin mula sa papasok na tubig.
Ang disenyo na iyon, na sinubukan ng koponan sa bubong ng isang gusali ng MIT, ay mahusay na na-convert ang enerhiya ng araw upang mag-evaporate ng tubig, na pagkatapos ay na-condensed sa maiinom na tubig.
Ngunit ang natirang asin ay mabilis na naipon bilang mga kristal na bumabara sa sistema pagkatapos ng ilang araw. Sa isang real-world na setting, ang isang user ay kailangang maglagay ng mga yugto sa isang madalas na batayan, na makabuluhang magpapataas sa kabuuang gastos ng system.
Sa isang follow-up effort, sila nakagawa ng solusyon na may katulad na layered na configuration, sa pagkakataong ito ay may idinagdag na feature na nakatulong sa pag-circulate ng papasok na tubig pati na rin ang anumang natitirang asin. Bagama't pinipigilan ng disenyong ito ang asin mula sa pagtira at pag-iipon sa device, nag-desalinate ito ng tubig sa medyo mababang rate.
Sa pinakahuling pag-ulit, naniniwala ang team na nakarating ito sa isang disenyo ng desalination system na nakakamit ng parehong mataas na rate ng produksyon ng tubig, at mataas na pagtanggi sa asin, ibig sabihin ay mabilis at mapagkakatiwalaan ang system na makagawa ng inuming tubig para sa isang pinalawig na panahon.
Ang susi sa kanilang bagong disenyo ay isang kumbinasyon ng kanilang dalawang nakaraang konsepto: isang multistage system ng mga evaporator at condenser, na naka-configure din upang palakasin ang sirkulasyon ng tubig — at asin — sa bawat yugto.
"Ipinakilala namin ngayon ang isang mas malakas na kombeksyon, na katulad ng karaniwan naming nakikita sa karagatan, sa mga kaliskis na may haba," sabi ni Xu.
Ang maliliit na sirkulasyon na nabuo sa bagong sistema ng koponan ay katulad ng “thermohaline” convection sa karagatan — isang phenomenon na nagtutulak sa paggalaw ng tubig sa buong mundo, batay sa mga pagkakaiba sa temperatura ng dagat (“thermo”) at kaasinan (“haline” ).
“Kapag ang tubig-dagat ay nalantad sa hangin, ang sikat ng araw ay nagtutulak sa tubig upang sumingaw. Sa sandaling umalis ang tubig sa ibabaw, nananatili ang asin. At kung mas mataas ang konsentrasyon ng asin, mas siksik ang likido, at ang mas mabigat na tubig na ito ay gustong dumaloy pababa," paliwanag ni Zhang.
"Sa pamamagitan ng paggaya sa kilometrong malawak na phenomena na ito sa maliit na kahon, maaari nating samantalahin ang tampok na ito upang tanggihan ang asin."
Pag-tap out
Ang puso ng bagong disenyo ng koponan ay isang yugto na kahawig ng isang manipis na kahon, na nilagyan ng maitim na materyal na mahusay na sumisipsip ng init ng araw. Sa loob, ang kahon ay pinaghihiwalay sa itaas at ibabang seksyon.
Ang tubig ay maaaring dumaloy sa itaas na kalahati, kung saan ang kisame ay nilagyan ng isang evaporator layer na gumagamit ng init ng araw upang magpainit at mag-evaporate ng anumang tubig sa direktang kontak. Ang singaw ng tubig ay pagkatapos ay ibinubulungan sa ilalim na kalahati ng kahon, kung saan ang isang condensing layer ay nagpapalamig sa singaw sa walang asin at maiinom na likido.
Itinakda ng mga mananaliksik ang buong kahon sa isang ikiling sa loob ng isang mas malaki, walang laman na sisidlan, pagkatapos ay ikinabit ang isang tubo mula sa itaas na kalahati ng kahon pababa sa ilalim ng sisidlan, at pinalutang ang sisidlan sa tubig-alat.
Sa pagsasaayos na ito, ang tubig ay maaaring natural na itulak pataas sa tubo at papunta sa kahon, kung saan ang pagtabingi ng kahon, na sinamahan ng thermal energy mula sa araw, ay nag-uudyok sa tubig na umikot habang dumadaloy ito. Ang mga maliliit na eddies ay tumutulong upang dalhin ang tubig sa contact sa itaas na evaporating layer habang pinapanatili ang asin na nagpapalipat-lipat, sa halip na tumira at bumabara.
Gumawa ang team ng ilang prototype ng desalination device na ito, na may isa, tatlo, at 10 yugto, at sinubukan ang kanilang performance sa tubig na may iba't ibang kaasinan, kabilang ang natural na tubig-dagat at tubig na pitong beses na mas maalat.
Mula sa mga pagsubok na ito, kinakalkula ng mga mananaliksik na kung ang bawat yugto ay pinalaki hanggang sa isang metro kuwadrado, ito ay makakapagdulot ng hanggang 5 litro ng inuming tubig kada oras, at ang sistema ay maaaring mag-desalinate ng tubig nang hindi nag-iipon ng asin sa loob ng ilang taon.
Dahil sa pinahabang buhay na ito, at ang katotohanan na ang system ay ganap na pasibo, na nangangailangan ng walang kuryente na tumakbo, tinatantya ng team na ang kabuuang halaga ng pagpapatakbo ng system ay magiging mas mura kaysa sa halaga nito sa paggawa ng tubig mula sa gripo sa Estados Unidos.
"Ipinapakita namin na ang device na ito ay may kakayahang makamit ang mahabang buhay," sabi ni Zhong. “Ibig sabihin, sa unang pagkakataon, posibleng mas mura ang inuming tubig na ginawa ng sikat ng araw kaysa sa tubig na galing sa gripo. Binubuksan nito ang posibilidad para sa solar desalination upang matugunan ang mga problema sa totoong mundo."
"Ito ay isang napaka-makabagong diskarte na epektibong nagpapagaan ng mga pangunahing hamon sa larangan ng desalination," sabi ni Guihua Yu, na bumuo ng napapanatiling mga sistema ng pag-iimbak ng tubig at enerhiya sa Unibersidad ng Texas sa Austin, at hindi kasangkot sa pananaliksik.
"Ang disenyo ay partikular na kapaki-pakinabang para sa mga rehiyon na nakikipaglaban sa mataas na kaasinan ng tubig. Ang modular na disenyo nito ay ginagawa itong lubos na angkop para sa paggawa ng tubig sa bahay, na nagbibigay-daan para sa scalability at kakayahang umangkop upang matugunan ang mga indibidwal na pangangailangan."
Isinulat ni Jennifer Chu
