Hot Spots gör rening av saltvatten mycket effektiv

Ett soldriven sätt att rena saltvatten med solljus och nanopartiklar är ännu effektivare än första tanke, en ny studierapport.

Att bara lägga till billiga plastlinser för att koncentrera solljuset till "hot spots" ökade effektiviteten hos ett soldrivet avsaltningssystem med mer än 50 procent, säger forskare.

"Det typiska sättet att öka prestanda i soldrivna system är att lägga till solkoncentratorer och få in mer ljus", säger Pratiksha Dongare, en doktorand i tillämpad fysik vid Rice Universitys Brown School of Engineering och medförfattare av ett nytt papper i PNAS.

"Den stora skillnaden här är att vi använder samma mängd ljus. Vi har visat att det är möjligt att omfördela kraften billigt och dramatiskt öka reningsvattenproduktionens hastighet. "

Hot Spots gör rening av saltvatten mycket effektiv(Kredit: Pratiksha Dongare / Ris)

Rent vatten

Vid konventionell membrandestillation strömmar varmt saltvatten över en sida av ett arkliknande membran medan kallt filtrerat vatten strömmar över det andra. Temperaturskillnaden skapar en skillnad i ångtryck som driver vattenånga från den uppvärmda sidan genom membranet mot kylaren, nedtryckssidan.

Uppskalning av tekniken är svår eftersom temperaturskillnaden över membranet och den resulterande effekten av rent vatten minskar när membrans storlek ökar.

Den nya nanophotonics-aktiverade solmembrandestillationen (NESMD) -tekniken adresserar detta genom att använda ljusabsorberande nanopartiklar för att göra membranet i sig till ett soldrivet värmeelement.

Dongare och kollegor, inklusive studieledare, Alessandro Alabastri, täcker överlagret av deras membran med billiga, kommersiellt tillgängliga nanopartikler avsedda att omvandla mer än 80-procenten av solljusenergi till värme.

Den soldrivna nanopartikelvärmen minskar produktionskostnaderna och ingenjörerna arbetar för att skala upp tekniken för applikationer i avlägsna områden som inte har tillgång till el.

Koncentrerat ljus

Direktör för ris laboratorium för nanophotonics Naomi Halas och forskare Oara Neumann, båda medförfattare av den nya studien, demonstrerade först konceptet och partiklarna som användes i tekniken i 2012. I den nya studien fann forskarna att de kunde utnyttja ett inneboende och tidigare okänt icke-linjärt förhållande mellan infallande ljusintensitet och ångtryck.

Alabastri, en fysiker och forskarassistent professor i el- och datavetenskapsavdelningen, använde ett enkelt matematiskt exempel för att beskriva skillnaden mellan ett linjärt och olinjärt förhållande.

"Om du tar några två nummer som motsvarar 10-7 och 3, 5 och 5, 6 och 4-får du alltid 10 om du lägger till dem ihop. Men om processen är olinjär kan du kvadrera dem eller till och med kubera dem innan du lägger till. Så om vi har 9 och 1, skulle det vara 9 kvadrerat, eller 81, plus en kvadrat, som motsvarar 82. Det är mycket bättre än 10, vilket är det bästa du kan göra med ett linjärt förhållande. "

När det gäller NESMD kommer den olinjära förbättringen från att koncentrera solljuset till små fläckar, ungefär som ett barn kanske med ett förstoringsglas på en solig dag. Koncentreringen av ljuset på en liten punkt på membranet resulterar i en linjär ökning av värme, men uppvärmningen ger i sin tur en olinjär ökning av ångtrycket. Och det ökade trycket tvingar mer renad ånga genom membranet på kortare tid.

"Vi visade att det alltid är bättre att ha fler foton i ett mindre område än att ha en homogen fördelning av fotoner över hela membranet", säger Alabastri.

"Effektiviteten som tillhandahålls av denna olinjära optiska process är viktig eftersom vattenbrist är en daglig verklighet för ungefär hälften av världens människor, och effektiv soldestillation kan förändra det." Halas säger.

"Utöver vattenrening kan denna icke-linjära optiska effekt också förbättra teknik som använder solvärme för att driva kemiska processer som fotokatalys."

Till exempel utvecklar LANP en kopparbaserad nanopartikel för att omvandla ammoniak till vätebränsle vid omgivande tryck.

Halas är professor i elektroteknik och datateknik, professor i kemi, bioengineering, fysik och astronomi, samt materialvetenskap och nanoengineering och chef för risets Smalley-Curl Institute.

National Science Foundation, Air Force Office of Scientific Research, Welch Foundation, och Smalley-Curl Institute finansierade arbetet. Dongare, Alabastri, Neumann, Nordlander och Halas är medfinansierare på ett provisoriskt patent avseende forskning.

källa: Rice University

relaterade böcker

Klimat Anpassning Finans och Investeringar i Kalifornien

av Jesse M. Keenan
0367026074Den här boken är en vägledning för lokala myndigheter och privata företag eftersom de navigerar i det outcharterade vattnet för att investera i anpassning och klimatförändring av klimatförändringar. Denna bok tjänar inte bara som en resursguide för att identifiera potentiella finansieringskällor utan också som en färdplan för kapitalförvaltning och offentliga finanser. Den lyfter fram praktiska synergier mellan finansieringsmekanismerna och de konflikter som kan uppstå mellan olika intressen och strategier. Medan huvudfokus för detta arbete är på delstaten Kalifornien, erbjuder den här boken bredare insikter för hur stater, lokala myndigheter och privata företag kan ta de kritiska första stegen för att investera i samhällets kollektiva anpassning till klimatförändringar. Finns på Amazon

Naturbaserade lösningar för anpassning av klimatförändringar i stadsområden: Kopplingar mellan vetenskap, politik och praxis

av Nadja Kabisch, Horst Korn, Jutta Stadler, Aletta Bonn
3030104176
Denna öppna åtkomstbok sammanför forskningsresultat och erfarenheter från vetenskap, politik och praxis för att framhäva och debattera vikten av naturbaserade lösningar för anpassning av klimatförändringar i stadsområden. Det läggs tonvikt på potentialen i naturbaserade tillvägagångssätt för att skapa flera fördelar för samhället.

Expertbidrag presenterar rekommendationer för att skapa synergier mellan pågående politiska processer, vetenskapliga program och praktiskt genomförande av klimatförändringar och naturskyddsåtgärder i globala stadsområden. Finns på Amazon

En kritisk tillvägagångssätt för anpassning av klimatförändringar: Diskurser, politik och praxis

av Silja Klepp, Libertad Chavez-Rodriguez
9781138056299Denna redigerade volym samlar kritisk forskning om diskussioner, policyer och praxis från klimatförändringarna ur ett tvärvetenskapligt perspektiv. Med hjälp av exempel på länder som Colombia, Mexiko, Kanada, Tyskland, Ryssland, Tanzania, Indonesien och Stilla havet, beskriver kapitlen hur anpassningsåtgärder tolkas, förvandlas och implementeras på gräsrotsnivå och hur dessa åtgärder förändras eller stör varandra maktförhållanden, juridisk pluralism och lokal (ekologisk) kunskap. I sin helhet utmanar boken utarbetade perspektiv på anpassning av klimatförändringen genom att ta hänsyn till frågor om kulturell mångfald, miljömässig rättvisa och mänskliga rättigheter samt feministiska eller korsningsmässiga tillvägagångssätt. Detta innovativa tillvägagångssätt möjliggör analyser av de nya konfigurationerna av kunskap och kraft som utvecklas i namn av klimatförändring. Finns på Amazon

Från Utgivaren:
Inköp på Amazon går för att täcka kostnaden för att få dig InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, och ClimateImpactNews.com utan kostnad och utan annonsörer som spåra dina surfvanor. Även om du klickar på en länk men inte köper dessa valda produkter, betalar allt annat du köper i samma besök på Amazon oss en liten provision. Det finns ingen extra kostnad för dig, så var vänlig bidra till insatsen. Du kan också använd denna länk att använda till Amazon när som helst så att du kan hjälpa till att stödja våra ansträngningar.

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

följ InnerSelf på

facebook-icontwitter-iconrss-icon

Få det senaste via e-post

{Emailcloak = off}

SENASTE FILMER

Solenergi
by CNBC
Solenergi ökar. Du kan se bevisen på hustak och i öknen, där solskyddsanläggningar ...
Världens största batterier: Pumpad lagring
by Praktisk teknik
Den stora majoriteten av vår lagring av elnät använder denna smarta metod.
Vätebränslen raketer, men vad sägs om kraft för det dagliga livet?
Vätebränslen raketer, men vad sägs om kraft för det dagliga livet?
by Zhenguo Huang
Har du någonsin sett en rymdfärjestart? Bränslet som används för att driva dessa enorma strukturer bort från jordens ...
Fossilbränsleproduktionsplaner kan skjuta jorden från en klimatklippa
by Real News Network
FN börjar sitt klimatmöte i Madrid.
Big Rail spenderar mer på att förneka klimatförändring än Big Oil
by Real News Network
En ny studie drar slutsatsen att järnväg är den bransch som har använt mest pengar i förnekande propaganda för klimatförändringar ...
Fick forskare fel klimatförändringar?
by Sabine Hossenfelder
Intervju med prof Tim Palmer från University of Oxford.
Den nya normalen: Klimatförändringar utgör utmaningar för jordbrukarna i Minnesota
by KMSP-TV Minneapolis-St. Paul
Våren förde en regnström i södra Minnesota och det verkade aldrig stoppa.
Rapport: Dagens barnhälsa kommer att bli förknippade med klimatförändringar
by VOA News
En internationell rapport från forskare vid 35-institutioner säger att klimatförändringar kommer att hota hälsan och kvaliteten på ...

SENASTE ARTIKLAR

Microsofts Moonshot-plan för att vända sina CO2-utsläpp för livstid 2050
Microsofts Moonshot-plan för att vända sina CO2-utsläpp för livstid 2050
by Vanessa Bates Ramirez
De oroande rubrikerna om Australiens buskbränder under de senaste veckorna har ökat det globala skriket över ...
En klimatbunden finansiell kris vävstol, men fixen är inte upp till centralbankerna
En klimatbunden finansiell kris vävstol, men fixen är inte upp till centralbankerna
by Richard Holden
Banken för internationella avvecklingar - ”centralbanken” för centralbanker - gjorde rubriker med en rapport som beskriver ...
Paris klimatmål kan vara utöver räckvidden
Paris klimatmål kan vara utöver räckvidden
by Alex Kirby
Forskare tycker att koldioxid är mer potent än trott, vilket innebär att Paris klimatmål för att minska växthusgaser ...
Stoneflies Och majblommor är våra kolströmmar
Stoneflies Och majblommor är våra kolströmmar
by Boris Kondratieff
Erfaren sportfiskare inser att för en öring är den ultimata "biffmiddagen" en stonefly eller majflyg.
Varför åtgärder mot klimatförändringar fastnar och vad man ska göra åt det
Varför åtgärder mot klimatförändringar fastnar och vad man ska göra åt det
by Matthew Hoffmann och Steven Bernstein
Denna radering av en regerings klimatprojekt av sin efterföljare var bara toppen av det smältande isberget.
5 sätt att förvandla CO₂ från föroreningar till en värdefull produkt
5 sätt att förvandla CO₂ från föroreningar till en värdefull produkt
by Ella Adlen och Cameron Hepburn
Det är mycket lättare att undvika att bränna fossila bränslen än att rensa upp CO₂-utsläpp när de är i jordens ...
Förutsäga klimatkrisens framtid
Kan vi förutsäga framtiden för klimatkrisen?
by Robert Jennings, InnerSelf.com
Kan framtiden förutsägas? Garanterat. Kan någon eller något förutspå framtiden med någon säkerhet?
Kan avsaltning av havsvatten rädda världen?
by CNBC
Idag har en av tre personer inte tillgång till säkert dricksvatten. Och det är resultatet av många saker, men en ...