Dünyanın temiz su krizini çözmek için güneş ışığı

UniSA’daki araştırmacılar, ucuz, sürdürülebilir malzemeler ve güneş ışığı kullanarak milyonlarca savunmasız insana güvenli içme suyu sağlayabilecek uygun maliyetli bir teknik geliştirdiler.

Dünyadaki suyun yüzde 3’ünden azı temiz ve iklim değişikliğinin baskıları, kirlilik ve değişen nüfus yapıları nedeniyle, birçok bölgede bu zaten kıt olan bu kaynak daha da kıt hale geliyor.

Şu anda 1,42 milyar insan – 450 milyon çocuk dahil – yüksek veya aşırı derecede su hassasiyeti olan bölgelerde yaşıyor ve bu rakamın önümüzdeki on yıllarda artması bekleniyor.

UniSA’nın Future Industries Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, gezegenin en savunmasız ve dezavantajlı topluluklarının çoğunda yaşayanlar da dahil olmak üzere milyonlarca insan için su stresini ortadan kaldırabilecek gelecek vaat eden yeni bir süreç geliştirdiler.

Doçent Haolan Xu liderliğindeki bir ekip, deniz suyundan, acı sudan veya kirli sudan, yüksek verimli güneş enerjisiyle buharlaştırma yoluyla tatlı su elde etmek için bir teknik geliştirdi ve dört kişilik bir aile için sadece bir metrekarelik kaynak sudan yeterli günlük taze içme suyu sağladı. .

Doç. Dr. Xu, “Son yıllarda, taze içme suyu oluşturmak için güneş enerjisiyle buharlaştırmanın kullanılmasına çok dikkat edildi, ancak önceki teknikler pratik olarak yararlı olamayacak kadar verimsizdi” diyor.

“Bu verimsizliklerin üstesinden geldik ve teknolojimiz artık ters osmoz gibi mevcut teknolojilerin maliyetinin çok altında bir maliyetle birçok pratik ihtiyacı karşılamaya yetecek kadar taze su sağlayabilir.”

Sistemin merkezinde, bir su kaynağının yüzeyinde oturan ve güneş ışığını ısıya dönüştüren, sıvının en üst kısmını hızla buharlaştırmak için enerjiyi tam olarak yüzeye odaklayan yüksek verimli bir fototermal yapı vardır.

Diğer araştırmacılar benzer teknolojiyi keşfetmiş olsalar da, önceki çabalar enerji kaybı, ısının kaynak suya geçmesi ve yukarıdaki havaya yayılmasıyla engellenmiştir.

Dr. Xu, “Daha önce deneysel fototermal buharlaştırıcıların çoğu temelde iki boyutluydu; sadece düz bir yüzeydi ve güneş enerjisinin yüzde 10 ila 20’sini toplu suya ve çevreleyen ortama kaybedebilirler,” diyor.

“Yalnızca güneş enerjisi kaybını önleyen bir teknik geliştirdik, aynı zamanda toplu sudan ve çevredeki ortamdan ek enerji çeken, yani sistemin güneş girdisi için yüzde 100 verimlilikle çalıştığı ve yüzde 170’e kadar enerji tükettiği anlamına gelen bir teknik geliştirdik. Sudan ve çevreden gelen enerji. “

Diğer araştırmacılar tarafından kullanılan iki boyutlu yapıların aksine, Doç. Dr. Xu ve ekibi üç boyutlu, kanatçıklı, soğutucu benzeri bir buharlaştırıcı geliştirdi.

Tasarımları, fazla ısıyı evaporatörün üst yüzeylerinden (yani güneş buharlaşma yüzeyinden) uzaklaştırır, ısıyı su buharlaşması için kanat yüzeyine dağıtır, böylece üst buharlaşma yüzeyini soğutur ve güneş buharlaşması sırasında sıfır enerji kaybını gerçekleştirir.

Bu soğutucu tekniği, evaporatörün tüm yüzeylerinin çevreleyen su ve havadan daha düşük bir sıcaklıkta kalması anlamına gelir, böylece daha yüksek enerjili dış ortamdan daha düşük enerjili evaporatöre ek enerji akar.

“Dünyada güneş enerjisiyle buharlaşma sırasında toplu sudan enerji çıkaran ve onu buharlaştırma için kullanan ilk araştırmacılarız ve bu, sürecimizin her gün metrekare başına 10 ila 20 litre tatlı su sağlayacak kadar verimli hale gelmesine yardımcı oldu. “

Verimliliğine ek olarak, sistemin pratikliği, tamamen basit, düşük maliyetli, sürdürülebilir ve kolayca elde edilebilen günlük malzemelerden inşa edildiği gerçeğiyle geliştirilmiştir.

Doç. Prof Xu, “Araştırmamızın temel amaçlarından biri pratik uygulamalar sunmaktı, bu nedenle kullandığımız malzemeler sadece nalburdan veya süpermarketten temin edildi,” diyor.

“Tek istisna, fototermal malzemelerdir, ancak orada bile çok basit ve uygun maliyetli bir işlem kullanıyoruz ve yaptığımız gerçek ilerlemeler, malzemelerle değil, sistem tasarımı ve enerji bağı optimizasyonundadır.”

Fototermal yapının tasarımı, buharlaştırıcı yüzeyinde tuz ve diğer kirletici maddelerin birikmesini önlediğinden, inşa edilmesi ve yerleştirilmesi kolay olmasının yanı sıra sistemin bakımı da çok kolaydır.

Düşük maliyet ve kolay bakım, Doç. Prof Xu ve ekibi tarafından geliştirilen sistemin, diğer tuzdan arındırma ve arıtma sistemlerinin finansal ve operasyonel olarak sürdürülemez olduğu durumlarda kullanılabileceği anlamına geliyor.

“Örneğin, küçük nüfusa sahip uzak topluluklarda, ters ozmoz gibi sistemlerin altyapı maliyeti hiçbir zaman haklı çıkarılamayacak kadar büyüktür, ancak tekniğimiz kurulumu kolay ve temelde çalıştırması ücretsiz olan çok düşük maliyetli bir alternatif sağlayabilir. “Doç. Dr. Xu diyor.

“Ayrıca, çok basit olduğu ve neredeyse hiç bakım gerektirmediği için, çalışır durumda tutmak için teknik uzmanlığa gerek yoktur ve bakım maliyetleri minimumdur.

“Bu teknoloji, gerçekten başka seçenekleri karşılayamayan insanlara ve topluluklara uzun vadeli bir temiz su çözümü sağlama potansiyeline sahip ve bu tür çözümlere en çok ihtiyaç duyulan yerler burası.”

Assoc Prof Xu, içme suyu uygulamalarına ek olarak, ekibinin şu anda endüstriyel operasyonlarda atık su arıtımı da dahil olmak üzere teknolojinin bir dizi başka kullanımını araştırdığını söylüyor.

“Aynı teknolojiyi uyarlamanın birçok potansiyel yolu var, bu yüzden gerçekten çok heyecan verici bir yolculuğun başındayız” diyor.