Environ 2,2 milliards de personnes dans le monde n'ont pas un accès fiable à l'eau potable, selon les Nations Unies, et les impacts croissants du changement climatique sont susceptibles d'aggraver cette réalité.

La production de vapeur solaire (SSG) est devenue une technologie d'énergie renouvelable prometteuse pour la collecte de l'eau, dessalement, et la purification qui pourraient profiter aux personnes qui en ont le plus besoin dans les communautés éloignées, zones de secours, et les pays en développement. Dans Lettres de physique appliquée , Les chercheurs de Virginia Tech ont développé un arbre synthétique pour améliorer la SSG.

SSG transforme l'énergie solaire en chaleur. L'eau d'un réservoir de stockage évacue en continu petit, colonnes poreuses flottantes. Une fois que l'eau atteint la couche de matériau photothermique, il s'évapore, et la vapeur est condensée en eau potable.

Un défi majeur dans la mise à l'échelle de la technologie SSG est la limite de la force capillaire au-delà d'une certaine hauteur de colonne, lorsque l'eau ne peut pas s'évacuer assez rapidement pour suivre le processus d'évaporation. La force capillaire, basé sur la tension superficielle qui fait que l'eau "monte" sur une serviette en papier poreuse, conduit l'eau vers l'évaporateur.

Inspiré par les palétuviers qui poussent le long des côtes, les chercheurs ont contourné cet obstacle en créant un arbre synthétique pour remplacer l'action capillaire par la transpiration, le processus du mouvement de l'eau à travers une plante et son évaporation à partir des feuilles, tiges, et des fleurs. La transpiration peut pomper de l'eau dans des tubes isolants de n'importe quelle hauteur souhaitée.

Dans de vrais arbres, la transpiration commence aux racines, qui aspirent l'eau à travers des vaisseaux creux fabriqués à partir de tissu de xylème. Au fur et à mesure que l'eau se réchauffe, il libère sous forme de vapeur à travers les pores sur la face inférieure des feuilles.

L'arbre synthétique se compose d'un réseau de 19 tubes, recouvert d'un disque céramique nanoporeux, qui sert de feuille. Chaque tube en plastique, imiter les conduits du xylème, mesure 6 centimètres de haut, un peu moins de 2,5 pouces, avec un diamètre intérieur de 3,175 millimètres, environ un dixième de pouce.

La configuration permet à l'interface d'évaporation de se séparer thermiquement de l'eau en vrac dans le réservoir, donc l'évaporateur ne se dessèche pas. L'eau s'évaporant du disque est reconstituée par aspiration, qui pompe en continu plus d'eau d'un réservoir inférieur jusqu'au réseau de tubes.

« Nous pensons que notre générateur de vapeur solaire à base d'arbres sera intéressant pour les applications d'extraction et de purification des eaux souterraines, " L'auteur Jonathan Boreyko a déclaré. " L'objectif ultime est d'atteindre une pression d'aspiration suffisamment forte pour tirer l'eau de l'océan à travers un filtre sans sel sans avoir besoin d'une pompe mécanique, analogue à la façon dont les palétuviers peuvent pousser dans l'eau de l'océan."

Les recherches futures pourraient se concentrer sur la fabrication d'arbres plus grands, ajouter plus de feuilles pour augmenter la surface sur laquelle l'évaporation se produit, et en incorporant des membranes de dessalement aux entrées des tubes pour empêcher l'accumulation de sel.