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Desssalinização simples da água com energia solar

Desssalinização simples da água com energia solar

Sistema atinge novo nível de eficiência no aproveitamento da luz solar para produzir água potável fresca a partir da água do mar

Um sistema de dessalinização completamente passivo movido a energia solar desenvolvido por pesquisadores do MIT e na China poderia fornecer mais de 1,5 galão de água potável por hora para cada metro quadrado de área de coleta solar. Tais sistemas poderiam servir áreas costeiras áridas fora da rede para fornecer uma fonte de água eficiente e de baixo custo.

O sistema utiliza várias camadas de evaporadores e condensadores solares planos, alinhados em uma matriz vertical e cobertos com isolamento transparente de aerogel. É descrito em um artigo publicado hoje na revista Energy and Environmental Science , de autoria dos estudantes de doutorado do MIT Lenan Zhang e Lin Zhao, pós-doutorado Zhenyuan Xu, professor de engenharia mecânica e chefe de departamento Evelyn Wang, e outros oito no MIT e em Shanghai Jiao Universidade de Tong na China.

A chave para a eficiência do sistema está na maneira como ele usa cada um dos vários estágios para dessalinizar a água. Em cada estágio, o calor liberado pelo estágio anterior é aproveitado em vez de desperdiçado. Dessa forma, o dispositivo de demonstração da equipe pode alcançar uma eficiência geral de 385% na conversão da energia da luz solar em energia de evaporação da água.

O dispositivo é essencialmente um imóvel solar multicamada, com um conjunto de componentes de evaporação e condensação como os usados ​​para destilar bebidas alcoólicas. Ele usa telas planas para absorver o calor e depois transfere esse calor para uma camada de água, para que comece a evaporar. O vapor então condensa no próximo painel. Essa água é coletada, enquanto o calor da condensação do vapor é passado para a próxima camada.

Sempre que o vapor condensa na superfície, libera calor; em sistemas típicos de condensador, esse calor é simplesmente perdido para o meio ambiente. Mas neste evaporador multicamada, o calor liberado flui para a próxima camada de evaporação, reciclando o calor solar e aumentando a eficiência geral.

"Quando você condensa a água, libera energia como calor", diz Wang. "Se você tiver mais de um estágio, poderá aproveitar esse calor."

Adicionar mais camadas aumenta a eficiência da conversão para a produção de água potável, mas cada camada também adiciona custo e volume ao sistema. A equipe adotou um sistema de 10 etapas para o seu dispositivo de prova de conceito, que foi testado em um telhado do prédio do MIT. O sistema fornecia água pura que excedia os padrões de água potável da cidade, a uma taxa de 5,78 litros por metro quadrado (cerca de 1,52 galão por 11 pés quadrados) de área de coleta solar. Isso é mais que o dobro da quantidade recorde produzida anteriormente por qualquer sistema passivo de dessalinização a energia solar, diz Wang.

Teoricamente, com mais estágios de dessalinização e otimização adicional, esses sistemas podem atingir níveis de eficiência geral de 700 ou 800%, diz Zhang.

Ao contrário de alguns sistemas de dessalinização, não há acúmulo de sal ou salmoura concentrada a ser descartada. Em uma configuração de flutuação livre, qualquer sal que se acumule durante o dia seria simplesmente transportado de volta à noite através do material absorvente e retornando à água do mar, segundo os pesquisadores.

Sua unidade de demonstração foi construída principalmente a partir de materiais baratos e facilmente disponíveis, como um absorvedor solar preto comercial e toalhas de papel para um pavio capilar, para levar a água a contato com o absorvedor solar. Na maioria das outras tentativas de criar sistemas passivos de dessalinização solar, o material absorvedor solar e o material absorvente são um componente único, o que requer materiais especializados e caros, diz Wang. "Conseguimos dissociar esses dois."

O componente mais caro do protótipo é uma camada de aerogel transparente usada como isolante no topo da pilha, mas a equipe sugere que outros isoladores menos caros possam ser usados ​​como alternativa. (O próprio aerogel é feito de sílica barata, mas requer equipamento de secagem especializado para sua fabricação.)

Wang enfatiza que a principal contribuição da equipe é uma estrutura para entender como otimizar esses sistemas passivos de vários estágios, que eles chamam de dessalinização de vários estágios localizada termicamente. As fórmulas que eles desenvolveram provavelmente poderiam ser aplicadas a uma variedade de arquiteturas de materiais e dispositivos, permitindo uma otimização adicional dos sistemas com base em diferentes escalas de operação ou condições e materiais locais.

Uma configuração possível seria painéis flutuantes em um corpo de água salgada, como um lago de represa. Estes poderiam constantemente e passivamente fornecer água fresca através de canos para a praia, desde que o sol brilhe todos os dias. Outros sistemas poderiam ser projetados para atender a uma única família, talvez usando uma tela plana em um grande tanque raso de água do mar que é bombeado ou transportado. A equipe estima que um sistema com uma área de coleta solar de aproximadamente 1 metro quadrado possa atender à necessidades diárias de água potável de uma pessoa. Na produção, eles acham que um sistema construído para atender às necessidades de uma família pode ser construído por cerca de US $ 100.

Os pesquisadores planejam novas experiências para continuar a otimizar a escolha de materiais e configurações e testar a durabilidade do sistema em condições realistas. Eles também trabalharão na tradução do design do dispositivo em escala de laboratório para algo que seja adequado para uso dos consumidores. A esperança é que, finalmente, possa desempenhar um papel no alívio da escassez de água em partes do mundo em desenvolvimento, onde a eletricidade confiável é escassa, mas a água do mar e a luz solar são abundantes.

A equipe de pesquisa incluiu Bangjun Li, Chenxi Wang e Ruzhu Wang na Universidade Jiao Tong de Xangai, e Bikram Bhatia, Kyle Wilke, Youngsup Song, Omar Labban e John Lienhard, que é o professor de água Abdul Latif Jameel no MIT. A pesquisa foi apoiada pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, a Aliança Cingapura-MIT para Pesquisa e Tecnologia e o Centro MIT Tata de Tecnologia e Design.

Fonte do Artigo

Fornecidos: pelo Massachusetts Institute of Technology . Original escrito por David L. Chandler. Nota: O conteúdo pode ser editado por estilo e duração.

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Referência da revista :

  1. Zhenyuan Xu, Lenan Zhang, Lin Zhao, Bangjun Li, Bikram Bhatia, Chenxi Wang, Kyle L. Wilke, Youngsup Song, Omar Labban, John H.Lienhard, Ruzhu Wang, Evelyn N. Wang. Dessalinização de alta eficiência por meio de uma fonte solar de vários estágios localizada termicamente . Ciência Ambiental e Energia , 2020; DOI: 10.1039 / C9EE04122B

Página OriginaL:

Instituto de Tecnologia de Massachusetts. "Dessalinização simples da água movida a energia solar: o sistema alcança um novo nível de eficiência ao aproveitar a luz solar para produzir água potável fresca a partir da água do mar". ScienceDaily. ScienceDaily, 7 de fevereiro de 2020. .

Instituto de Tecnologia de Massachusetts

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