Ingegneri del MIT e della Cina stanno collaborando per sviluppare un dispositivo di desalinizzazione pionieristico alimentato a energia solare, ispirato ai processi oceanici. Il dispositivo utilizza la desalinizzazione per convertire l'acqua di mare in acqua potabile. Questo sistema è piccolo e produce da 4 a 6 litri di acqua potabile all'ora. Sorprendentemente, funziona meglio ed è più economico dell'acqua del rubinetto e i ricercatori stanno adottando questo approccio vantaggioso per le aree costiere in cui l'accesso alle tradizionali forniture idriche è limitato.
Questo dispositivo passivo utilizza la luce solare naturale per riscaldare l'acqua salata, secondo un documento pubblicato dal team di ricerca. La configurazione del dispositivo consente acqua che circola in vortici vorticosi, simile a quello dell'oceano circolazione termoalina. Questa circolazione, insieme al calore del sole, fa evaporare l'acqua, lasciando dietro di sé sale. L'acqua evaporata può essere condensata e raccolta come acqua pura e potabile. Nel frattempo, il sale rimanente continua a circolare attraverso e fuori dal dispositivo, impedendo l'accumulo e l'intasamento del sistema.
Il nuovo sistema produce più acqua e rimuove più sale rispetto ad altri concetti di desalinizzazione solare passiva in fase di test. Se ridimensionato alle dimensioni di una piccola valigia, può produrre circa Da 4 a 6 litri di acqua potabile all'ora e durano diversi anni senza bisogno di parti di ricambio. Con queste dimensioni e prestazioni, il sistema può produrre acqua potabile a un prezzo più conveniente rispetto all'acqua del rubinetto.
Un ricercatore scientifico presso il Device Research Laboratory del MIT, Lenan Zhang ha detto, "Per la prima volta, è possibile che l'acqua prodotta dalla luce solare sia persino più economica dell'acqua del rubinetto."
Zhang ha collaborato con uno studente laureato del MIT Yang Zhong, Evelyn Wang (professore di ingegneria Ford) e diversi ricercatori della Shanghai Jiao Tong University in Cina.
Il team vuole creare una versione più grande del dispositivo in grado di generare acqua potabile per una piccola famigliaQuesto dispositivo può essere utilizzato anche nelle comunità costiere che non hanno accesso a una fornitura d'acqua tradizionale.
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Rafforzamento del processo di convezione
Non si trattava del primo tentativo di sviluppare un dispositivo di desalinizzazione per questo scopo.
Dispositivo n. 1
Il team ha migliorato il disegno precedente creando un nuovo sistema. Hanno testato questo progetto sul tetto di un edificio del MIT, e ha convertito in modo efficiente l'energia solare per produrre acqua potabile. Tuttavia, il sale rimasto da questo processo sarebbe accumularsi e intasare il sistema dopo alcuni giorni.
Il sistema successivo ha più strati chiamati stadi, che contengono un evaporatore e un condensatore. Questi stadi hanno utilizzato il calore del sole per separare il sale dall'acqua. In una situazione reale, l'utente dovrebbe sostituire frequentemente le fasi, il che renderebbe il sistema più costoso.
Dispositivo n. 2
Nel progettazione di follow-up, Hanno ha creato una soluzione con una disposizione degli strati simile. È stata introdotta una nuova caratteristica per migliorare la circolazione dell'acqua in entrata e garantire la completa rimozione di qualsiasi sale rimanente. Questo design impediva al sale di depositarsi e accumularsi sul dispositivo, ma desalinizzava l'acqua lentamente.
Dispositivo n. 3
L'ultima versione del design è il massimo risultato. Il team ha sviluppato con successo un sistema che non solo produce una grande quantità di acqua a un ritmo rapido, ma ha anche un'eccezionale capacità di respingere il sale. Ciò significa che il sistema non è solo efficiente, ma anche affidabile, garantendo una fornitura continua di acqua potabile pulita per un lungo periodo di tempo.
Il nuovo design incorpora il meglio dei loro due concetti precedenti: un sistema multistadio con evaporatori e condensatori che aumenta efficacemente la circolazione di acqua e sale in ogni stadio. Il nuovo sistema genera piccole circolazioni, simile al convezione termoalina nell'oceano. Questo straordinario fenomeno spinge il movimento dell'acqua in tutto il mondo, guidato dalle variazioni della temperatura del mare ("termo") e della salinità ("alina").
Lenan Zhang spiega, "Quando l'acqua di mare è esposta all'aria, la luce del sole spinge l'acqua a evaporare. Una volta che l'acqua lascia la superficie, il sale rimane. E più alta è la concentrazione di sale, più denso è il liquido, e quest'acqua più pesante vuole scorrere verso il basso. Imitando questo fenomeno largo un chilometro in una piccola scatola, possiamo sfruttare questa caratteristica per respingere il sale".
Come funziona
I ricercatori hanno posizionato l'intera scatola inclinata all'interno di un contenitore più grande. Hanno poi collegato un tubo dalla parte superiore della scatola fino in fondo attraverso la base del contenitore e infine hanno fatto galleggiare il contenitore in acqua salata.
Al centro del design si trova una struttura elegante e snella a forma di scatola, con un materiale scuro che sfrutta efficacemente il calore radiante del sole. È diviso in due sezioni distinte: una porzione superiore e una inferiore.
- Migliori metà superiore della struttura è dotato di uno strato evaporatore appositamente progettato sul soffitto, che sfrutta l'energia del sole per riscaldare e far evaporare l'acqua al contatto.
- Successivamente, il vapore acqueo viene reindirizzato nella parte inferiore della scatola.
- Qui, uno strato di raffreddamento ad aria condensa il vapore, trasformandolo in un liquido puro e sicuro, privo di sale.
Questa configurazione consente all'acqua di essere spinta naturalmente verso l'alto attraverso il tubo e nella scatola. La combinazione unica dell'inclinazione della scatola e del sole energia termica non solo fa sì che l'acqua muova vorticosamente durante il suo movimento, ma assicura anche che i piccoli vortici mantengano costantemente in circolazione il sale anziché depositarsi e causare ostruzioni.
Inoltre, questi movimenti vorticosi aiutano a portare l'acqua a contatto con lo strato superiore di evaporazione, ottimizzando l'intero processo.
Il team ha creato diversi prototipi:
- Uno con un palco
- Un altro con tre stadi
- Prossimo con 10 tappe
Hanno testato questi prototipi in acque con diversi livelli di salinità, tra cui acqua di mare naturale e acqua sette volte più salata.
Sulla base di questi test, i ricercatori hanno determinato che ridimensionando ogni fase a un metro quadrato si tradurrebbe nella produzione di ben 5 litri di acqua potabile all'ora. Ciò che è ancora più notevole è che questo sistema è progettato per desalinizzare l'acqua senza alcun accumulo di sale per diversi anni.
Oltre alla sua longevità, il sistema funziona completamente senza elettricità, rendendolo incredibilmente conveniente. Infatti, il costo stimato per la gestione di questo sistema è persino più economico del costo di produzione dell'acqua del rubinetto negli Stati Uniti.
Yang Zhong dice: "Mostriamo che questo dispositivo è in grado di raggiungere una lunga durata. Ciò significa che, per la prima volta, è possibile che l'acqua potabile prodotta dalla luce solare sia più economica dell'acqua del rubinetto. Questo apre la possibilità alla dissalazione solare di risolvere problemi del mondo reale.
Questa ricerca sulla desalinizzazione che converte l'acqua di mare in acqua potabile è condotta presso la Shanghai Jiao Tong University e ha ricevuto finanziamenti dalla Natural Science Foundation of China.
Fonte: Il sistema di desalinizzazione potrebbe produrre acqua dolce più economica dell’acqua del rubinetto
