(Phys.org)—Les scientifiques de l'Université Rice ont dévoilé une nouvelle technologie révolutionnaire qui utilise des nanoparticules pour convertir l'énergie solaire directement en vapeur. La nouvelle méthode de « vapeur solaire » du laboratoire Rice pour la nanophotonique (LANP) est si efficace qu'elle peut même produire de la vapeur à partir d'eau glacée.

Les détails de la méthode de la vapeur solaire ont été publiés en ligne aujourd'hui dans ACS Nano . La technologie a une efficacité énergétique globale de 24 pour cent. Panneaux solaires photovoltaïques, par comparaison, ont généralement une efficacité énergétique globale d'environ 15 pour cent. Cependant, les inventeurs de la vapeur solaire ont déclaré qu'ils s'attendent à ce que les premières utilisations de la nouvelle technologie ne soient pas pour la production d'électricité mais plutôt pour l'assainissement et la purification de l'eau dans les pays en développement.

"C'est bien plus que de l'électricité, " a déclaré Naomi Halas, directrice du LANP, le scientifique principal du projet. « Avec cette technologie, nous commençons à penser à l'énergie solaire thermique d'une manière complètement différente."

L'efficacité de la vapeur solaire est due aux nanoparticules captant la lumière qui convertissent la lumière du soleil en chaleur. Lorsqu'il est immergé dans l'eau et exposé au soleil, les particules chauffent si rapidement qu'elles vaporisent instantanément de l'eau et créent de la vapeur. Halas a déclaré que l'efficacité énergétique globale de la vapeur solaire peut probablement être augmentée à mesure que la technologie est affinée.

« Nous passons du chauffage de l'eau à l'échelle macro à son chauffage à l'échelle nanométrique, " a déclaré Halas. "Nos particules sont très petites, même plus petites qu'une longueur d'onde de la lumière, ce qui signifie qu'elles ont une surface extrêmement petite pour dissiper la chaleur. Ce chauffage intense nous permet de générer de la vapeur localement, juste à la surface de la particule, et l'idée de générer de la vapeur localement est vraiment contre-intuitive."

Pour montrer à quel point il est contre-intuitif, L'étudiante diplômée de Rice, Oara Neumann, a filmé une démonstration de vapeur solaire dans laquelle un tube à essai d'eau contenant des nanoparticules activées par la lumière a été immergé dans un bain d'eau glacée. En utilisant une lentille pour concentrer la lumière du soleil sur le mélange proche du point de congélation dans le tube, Neumann a montré qu'elle pouvait créer de la vapeur à partir d'eau presque gelée.

La vapeur est l'un des fluides industriels les plus utilisés au monde. Environ 90 pour cent de l'électricité est produite à partir de vapeur, et la vapeur est également utilisée pour stériliser les déchets médicaux et les instruments chirurgicaux, pour préparer les aliments et purifier l'eau.

La majeure partie de la vapeur industrielle est produite dans de grandes chaudières, et Halas a déclaré que l'efficacité de la vapeur solaire pourrait permettre à la vapeur de devenir économique à une échelle beaucoup plus petite.

Les habitants des pays en développement seront parmi les premiers à voir les avantages de la vapeur solaire. Les étudiants de premier cycle en génie du riz ont déjà créé un autoclave solaire à vapeur capable de stériliser les instruments médicaux et dentaires dans les cliniques dépourvues d'électricité. Halas a également remporté une subvention Grands Défis de la Fondation Bill et Melinda Gates pour créer un système à très petite échelle pour traiter les déchets humains dans les zones sans système d'égout ni électricité.

« La vapeur solaire est remarquable par son efficacité, " dit Neumann, le co-auteur principal de l'article. "Cela ne nécessite pas des hectares de miroirs ou de panneaux solaires. En fait, l'empreinte peut être très petite. Par exemple, la fenêtre lumineuse de notre autoclave de démonstration n'était que de quelques centimètres carrés."

Une autre utilisation potentielle pourrait être l'alimentation de systèmes hybrides de climatisation et de chauffage qui fonctionnent à partir de la lumière du soleil pendant la journée et de l'électricité la nuit. Halas, Neumann et ses collègues ont également mené des expériences de distillation et ont découvert que la vapeur solaire est environ deux fois et demie plus efficace que les colonnes de distillation existantes.

Halas, le professeur Stanley C. Moore en génie électrique et informatique, professeur de physique, professeur de chimie et professeur de génie biomédical, est l'un des chimistes les plus cités au monde. Son laboratoire est spécialisé dans la création et l'étude de particules activées par la lumière. Une de ses créations, nanocoquilles d'or, fait l'objet de plusieurs essais cliniques pour le traitement du cancer.

Pour la technologie de traitement du cancer et de nombreuses autres applications, L'équipe de Halas choisit des particules qui interagissent avec seulement quelques longueurs d'onde de lumière. Pour le projet de vapeur solaire, Halas et Neumann ont entrepris de concevoir une particule qui interagirait avec le spectre le plus large possible d'énergie solaire. Leurs nouvelles nanoparticules sont activées à la fois par la lumière solaire visible et par des longueurs d'onde plus courtes que les humains ne peuvent pas voir.

"Nous ne changeons aucune des lois de la thermodynamique, " a déclaré Halas. "Nous ne faisons que faire bouillir de l'eau d'une manière radicalement différente."