Ingenjörer från MIT och Kina samarbetar för att utveckla en banbrytande soldriven avsaltningsanordning, inspirerad av oceaniska processer. Enheten använder avsaltning för att omvandla havsvatten till drickbart vatten. Detta system är litet och producerar 4 till 6 liter dricksvatten per timme. Överraskande nog presterar det bättre och är billigare än kranvatten och forskare använder detta tillvägagångssätt till fördel för kustområden där tillgången till traditionella vattenförsörjning är begränsad.
Denna passiva enhet använder naturligt solljus för att värma saltvatten, enligt en artikel publicerad av forskargruppen. Enhetens konfiguration gör att vatten kan cirkulera i virvlande virvlar, liknande havets termohalina cirkulation. Denna cirkulation, tillsammans med solens värme, får vatten att avdunsta och lämna salt kvar. Det avdunstade vattnet kan kondenseras och samlas upp som rent, drickbart vatten. Samtidigt fortsätter det återstående saltet att cirkulera genom och ut ur enheten, vilket förhindrar ansamling och systemstopp.
Det nya systemet producerar mer vatten och avlägsnar mer salt än andra passiva solavsaltningssystem som testas. När det skalas upp till storleken av en liten resväska kan det producera cirka 4 till 6 liter dricksvatten per timme och hålla i flera år utan att behöva reservdelar. Med denna storlek och prestanda kan systemet producera dricksvatten till ett mer överkomligt pris än kranvatten.
Lenan Zhang, forskare vid MIT:s Device Research Laboratory, sa: ”För första gången är det möjligt att vatten, producerat av solljus, kan vara ännu billigare än kranvatten.”
Zhang samarbetade med MIT-doktoranden Yang Zhong , Evelyn Wang (Ford-professorn i teknik) och flera forskare från Shanghai Jiao Tong-universitetet i Kina.
Teamet vill skapa en större version av apparaten som kan generera dricksvatten åt en liten familj . Apparaten kan också användas i kustsamhällen som inte har tillgång till traditionell vattenförsörjning.
Se även : Hur man återvinner rispellets för att göra vattentätt trä
Förstärkning av konvektionsprocessen
Detta var inte deras första försök att utveckla en avsaltningsanordning för detta ändamål.
Enhet #1
Teamet förbättrade den tidigare designen genom att skapa ett nytt system. De testade designen på taket av en MIT-byggnad, och den omvandlade effektivt solens energi till att producera drickbart vatten. Saltet som blev över från denna process samlades dock och täppte till systemet efter några dagar.
Nästa system har flera lager som kallas steg, vilka innehåller en förångare och en kondensor. Dessa steg använder värme från solen för att separera salt från vatten. I en verklig situation skulle användaren behöva byta ut stegen ofta , vilket skulle göra systemet dyrare.
Enhet #2
I uppföljningsdesignen skapade de en lösning med ett liknande lagerarrangemang. En ny funktion har introducerats för att förbättra cirkulationen av inkommande vatten och säkerställa fullständig borttagning av eventuellt kvarvarande salt. Denna design förhindrade att salt satte sig och ansamlades på enheten, men den avsaltade vattnet i långsam takt.
Enhet #3
Den senaste versionen av designen är den ultimata prestationen. Teamet har framgångsrikt utvecklat ett system som inte bara producerar en stor mängd vatten i snabb takt utan också har en exceptionell förmåga att stöta bort salt. Detta innebär att systemet inte bara är effektivt utan också pålitligt, vilket säkerställer en kontinuerlig tillförsel av rent dricksvatten under lång tid.
Den nya designen innehåller det bästa av deras två tidigare koncept : ett flerstegssystem med förångare och kondensorer som effektivt förstärker vatten- och saltcirkulationen i varje steg. Det nya systemet genererar små cirkulationer , som liknar termohalin konvektion i havet. Detta anmärkningsvärda fenomen driver fram vattenrörelser över hela världen, drivet av variationer i havstemperatur ("termo") och salthalt ("halin").
Lenan Zhang förklarar: ”När havsvatten utsätts för luft, driver solljuset vattnet att avdunsta. När vattnet lämnar ytan finns salt kvar. Och ju högre saltkoncentrationen är, desto tätare är vätskan, och detta tyngre vatten vill rinna nedåt. Genom att härma detta kilometerbreda fenomen i en liten låda kan vi dra nytta av denna egenskap för att avvisa salt.”
Se även : Ny forskning visar att saltavlagringar spelar en viktig roll i förnybar energi och vätgaslagring
Processen
Forskarna placerade hela lådan i en lutande vinkel inuti en större behållare. De kopplade sedan ett rör från den övre delen av lådan hela vägen ner genom botten av behållaren och flöt till sist behållaren i saltvatten.
Kärnan i designen ligger en elegant, smal lådliknande struktur, med ett mörkt material som effektivt utnyttjar solens strålningsvärme. Den är uppdelad i två distinkta sektioner : en övre och en nedre del.
- Ocuco-landskapet övre halvan av strukturen har ett specialdesignat förångarskikt i taket, som utnyttjar solens kraft för att värma och avdunsta vatten vid kontakt.
- Därefter leds vattenångan om till den nedre delen av lådan.
- Här kondenserar ett luftkylningsskikt ångan och omvandlar den till ren och säker vätska som är fri från salt.
Denna konfiguration gör att vatten naturligt kan drivas uppåt genom röret och in i lådan. Den unika kombinationen av lådans lutning och solens värmeenergi får inte bara vattnet att virvla runt när det rör sig igenom, utan säkerställer också att de små virvlarna kontinuerligt håller saltet i cirkulation istället för att sätta sig och orsaka blockeringar.
Dessutom hjälper dessa virvlande rörelser till att få vattnet i kontakt med det övre förångningsskiktet, vilket optimerar hela processen.
Teamet skapade olika prototyper:
- En med en scen
- En annan med tre etapper
- Nästa med 10 etapper
De testade dessa prototyper i vatten med olika nivåer av sälta, inklusive naturligt havsvatten och vatten som var sju gånger saltare.
Baserat på dessa tester har forskarna fastställt att en uppskalning av varje steg till en kvadratmeter skulle resultera i produktionen av imponerande 5 liter dricksvatten per timme. Ännu mer anmärkningsvärt är att detta system är utformat för att avsalta vatten utan saltansamling under flera år.
Förutom sin långa livslängd drivs systemet helt utan elektricitet, vilket gör det otroligt kostnadseffektivt. Faktum är att den beräknade kostnaden för att driva systemet är ännu billigare än produktionskostnaden för kranvatten i USA.
Yang Zhong säger: ”Vi visar att den här enheten kan uppnå en lång livslängd. Det betyder att det för första gången är möjligt att dricksvatten producerat av solljus är billigare än kranvatten. Detta öppnar upp möjligheten för solavsaltning för att lösa verkliga problem.”
Den här forskningen om avsaltning omvandlar havsvatten till drickbart vatten utförs vid Shanghai Jiao Tong University och fick finansiering från Kinas Naturvetenskapliga stiftelse.
Källa : Avsaltningssystem skulle kunna producera sötvatten som är billigare än kranvatten
