3 Minutės
Saulės šviesa, polimerinių grandinių karkasas ir kempinės struktūros nanosferų tinklas kartu pavertė jūros vandenį geriamu be prijungimo prie elektros tinklo. Tai nėra stebuklas; tai medžiagų inžinerija apsirengusi mažyčiu mišku.
Tradiciškai gėlinimo įrenginiai rijasi elektros energiją. Atvirkštinė osmozė, pagrindinė technologija, priverčia jūros vandenį praeiti pro membranas galingais siurbliais. Švaru, taip. Pigu? Ne visada. Saulės garinimas ilgai žadėjo mažai energijos reikalaujančią alternatyvą, tačiau šviesą sugeriantys milteliai linkę sukibti vandenyje, užkimšdami garų išeitį ir mažindami efektyvumą.
Kiniškos mokslų akademijos ir Šendženo universiteto tyrėjai apeito šią problemą sukurdami trimatę fototerminę architektūrą, kurią vadina "nano-mišku". Tuščiavidurės daugiasluoksnės nanosferos (HoMS) tarnauja kaip lapai, sulaikantys šviesą. Uždarydami galimybę šiems šviesą sugeriantiems daleliams plūduriuoti ir sukietėti, komanda pertempė jas atspariais polietileno tereftalato (polietileno tereftalatas (PET)) polimerų grandinėmis, užfiksuodama kiekvieną nanosferą vietoje tarsi vijokliai apvynioję medžių kamienus.
Jie naudojo Hanseno tirpumo parametrų teoriją, kad nukreiptų, kaip polimerai prisitvirtina, suformuodami molekuliškai stiprią jungtį tarp polimero ir dalelės. Gamybos metu polimeriniai siūlai yra kruopščiai pravedami per mikroskopines kiaurymes šerdyje ir vėliau atšaldomi, todėl visas tinklas suauga į stabilią, porėtą matricą. Rezultatas yra vientisas trimatis tinklelis, kuris tiek sugeria krintančią spinduliuotę, tiek leidžia vandeniui laisvai judėti iki garinimo paviršiaus.
Nauda yra stulbinama. Ši medžiaga pasiekia garinimo greitį 38,14 kg vienam kvadratiniam metrui per valandą, maždaug 8,5 karto didesnį nei įprastos dvimatės membranos sistemos. Ji sulaiko 90,2 % krintančios saulės šviesos, ir kadangi energijos barjerai nanoskalėje keičiasi dėl užspaudimo poveikio, fizinis darbas, reikalingas skysčiui pavirsti garais, mažėja. Bendra energijos sąnauda garinimui sumažėja apie 45,7 %.
Praktiniuose bandymuose komanda pastatė 0,75 m2 prototipą. Mechaninių įrenginių beveik nereikėjo: mažas saulės panelis maitino ventiliatorių, kuris švelniai nukreipdavo garus į kondensatoriaus dėžę. Veikiant natūraliai saulei, įrenginys nuosekliai gamino daugiau nei 20 litrų švaraus geriamojo vandens per dieną, pakankamai maždaug dešimčiai žmonių, ir vanduo atitiko Pasaulio sveikatos organizacijos kokybės standartus be papildomo apdorojimo.
Jie neapsiribojo tik laboratoriniais ėmimais. Desalinuotas vanduo laistė nedidelį lauką, kuriame špinatai, kukurūzai ir bok choy užbaigė visą augimo ciklą be problemų, demonstruodami žemės ūkio tinkamumą, o ne vien tik geriamojo vandens tiekimą.
Remiantis tyrėjų vertinimu, po dvejų metų eksploatacijos vandens kaina iš šio neprijungto prie tinklo saulės įrenginio gali būti mažesnė nei komercinio buteliuoto vandens.
Leidiniai ir kolegos ras pilnus eksperimentinius duomenis žurnale "Advanced Materials", tačiau platesnė išvada yra aiški: su išradingomis mikroarchitektūromis ir nebrangiais polimerais saulės desalinacija gali peržengti ilgus metus buvusius techninius barjerus. Metodą galima masteliuoti jungiant modulius, o pakrančių ar salų bendruomenėms, neturinčioms patikimos elektros, tai siūlo kelią į švarų vandenį, kuris yra vienu metu paprastas eksploatuoti ir pažangus savo dizainu.
Vis dar lieka klausimų, pavyzdžiui, ilgaamžiškumas atšiauriomis jūrinėmis sąlygomis, užteršimas per daugelį sezonų ir masinės gamybos kaštai, tačiau "nano-miškas" parodo, kaip nanoskalės struktūrinis peržiūrėjimas gali pertvarkyti globalią problemą. Kas pasodins pirmas eilutes?
Šaltinis: smarti
Palikite komentarą