La nouvelle technique de purification de l'eau consiste à draper une feuille de papier trempé dans du carbone dans un "V" à l'envers. Les bords inférieurs du papier absorbent l'eau, tandis que le revêtement de carbone absorbe l'énergie solaire et la transforme en chaleur pour l'évaporation. Crédits :Huaxiu Chen
L'idée d'utiliser l'énergie du soleil pour évaporer et purifier l'eau est ancienne. Le philosophe grec Aristote aurait décrit un tel processus plus de 2, il y a 000 ans.
Maintenant, les chercheurs font entrer cette technologie dans l'ère moderne, l'utilisant pour assainir l'eau à des taux records.
En drapant du noir, papier enduit de carbone de forme triangulaire et l'utilisant pour à la fois absorber et vaporiser l'eau, ils ont développé une méthode pour utiliser la lumière du soleil pour générer de l'eau propre avec une efficacité presque parfaite.
"Notre technique est capable de produire de l'eau potable à un rythme plus rapide que ce qui est théoriquement calculé sous la lumière naturelle du soleil, " dit le chercheur principal Qiaoqiang Gan, Doctorat, professeur agrégé de génie électrique à l'Université de Buffalo School of Engineering and Applied Sciences.
Comme l'explique Gan, "D'habitude, lorsque l'énergie solaire est utilisée pour évaporer l'eau, une partie de l'énergie est gaspillée car la chaleur est perdue dans l'environnement. Cela rend le processus moins efficace à 100 %. Notre système a une façon d'attirer la chaleur de l'environnement environnant, nous permettant d'atteindre une efficacité quasi-parfaite."
La technologie à faible coût pourrait fournir de l'eau potable dans des régions où les ressources sont rares, ou là où des catastrophes naturelles ont frappé. Les avancées sont décrites dans une étude publiée le 3 mai dans la revue Sciences avancées .
Un élément central de la nouvelle technologie est une feuille de papier trempé dans du carbone pliée en un « V » à l'envers. La géométrie inclinée du papier le maintient au frais en affaiblissant l'intensité de la lumière qui l'éclaire. (Une surface plane serait frappée directement par le soleil.) Ce roman, l'architecture inclinée a aidé à accélérer la production de vapeur et d'eau dans les expériences. Crédit :Youhai Liu
Le projet, financé par la National Science Foundation (NSF), était une collaboration entre UB, Université Fudan en Chine et l'Université du Wisconsin-Madison. Haomin Song, doctorant en génie électrique de l'UB, et Youhai Liu, candidat au doctorat, ont été les premiers auteurs de l'étude.
Gan, Song et d'autres collègues ont lancé une startup, Eau propre ensoleillée, apporter l'invention aux personnes qui en ont besoin. Avec le soutien du programme NSF Small Business Innovation Research, l'entreprise intègre le nouveau système d'évaporation dans un prototype d'alambic solaire, un purificateur d'eau solaire.
« Lorsque vous parlez à des représentants du gouvernement ou à des organisations à but non lucratif travaillant dans des zones sinistrées, ils veulent savoir :« Combien d'eau pouvez-vous produire chaque jour ? Nous avons une stratégie pour booster les performances au quotidien, " Song dit. " Avec un alambic solaire de la taille d'un mini-frigo, nous estimons que nous pouvons générer 10 à 20 litres d'eau propre chaque jour. »
Moderniser une technologie ancestrale
Les alambics solaires existent depuis longtemps. Ces appareils utilisent la chaleur du soleil pour évaporer l'eau, laisser du sel, bactéries et saleté derrière. Puis, la vapeur d'eau se refroidit et revient à l'état liquide, à quel point il est collecté dans un récipient propre.
La technique présente de nombreux avantages. C'est simple, et la source d'énergie, le soleil, est disponible à peu près partout. Mais malheureusement, même les derniers modèles d'alambic solaire sont quelque peu inefficaces pour vaporiser l'eau.
De gauche à droite :les chercheurs Qiaoqiang Gan, Zongmin Bei et Haomin Song figuraient parmi les auteurs de la nouvelle étude de Advanced Science. Les trois ingénieurs et leurs collègues travaillent pour apporter l'alambic solaire aux personnes qui en ont besoin via leur entreprise en démarrage, Eau propre ensoleillée. Crédit :Douglas Levere/Université de Buffalo
L'équipe de Gan a relevé ce défi à travers un astuce contre-intuitive :ils ont augmenté l'efficacité de leur système d'évaporation en le refroidissant.
Un élément central de leur technologie est une feuille de papier trempé dans du carbone qui est pliée en forme de « V » à l'envers, comme le toit d'un nichoir. Les bords inférieurs du papier pendent dans une flaque d'eau, absorber le liquide comme une serviette. À la fois, le revêtement de carbone absorbe l'énergie solaire et la transforme en chaleur pour l'évaporation.
Comme Gan l'explique, la géométrie inclinée du papier le maintient au frais en affaiblissant l'intensité de la lumière du soleil qui l'éclaire. (Une surface plane serait touchée directement par les rayons du soleil.) Parce que la plupart du papier enduit de carbone reste à température ambiante, il peut aspirer la chaleur de la zone environnante, compenser la perte régulière d'énergie solaire qui se produit pendant le processus de vaporisation.
En utilisant cette configuration, researchers evaporated the equivalent of 2.2 liters of water per hour for every square meter of area illuminated by the regular sun, higher than the theoretical upper limit of 1.68 liters, according to the new study. The team conducted its tests in the lab, using a solar simulator to generate light at the intensity of one regular sun.
"Most groups working on solar evaporation technologies are trying to develop advanced materials, such as metallic plasmonic and carbon-based nanomaterials, " Gan says. "We focused on using extremely low-cost materials and were still able to realize record-breaking performance.
"Importantly, this is the only example I know of where the thermal efficiency of the solar evaporation process is 100 percent when you consider solar energy input. By developing a technique where the vapor is below ambient temperature, we create new research possibilities for exploring alternatives to high-temperature steam generation."
