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-TWnltlfrdehiiditjakomsfaptruesswsvthtrurvi

SENASTE FILMER

Bill Nye Och klimatkrisen
by MSNBC
På en speciell show före en live-studiopublikum diskuterar vetenskapskillen Bill Nye klimatkrisen med Chris Hayes.
Hur Grönlands massiva issmältning kommer att förändra världen helt
by Channel 4 News
Kommer du ihåg den värmeböljan tillbaka i augusti? Tja, Arktis kommer ihåg det också. Rekordhastigheter för issmältning har registrerats ...
Kina är positionerat för att leda i klimatförändringar när USA rullar tillbaka sina policyer
Kina är positionerat för att leda i klimatförändringar när USA rullar tillbaka sina policyer
by Kelly Sims Gallagher och Fang Zhang
När effekterna av klimatförändringar blir mer utbredda och oroande har FN: s generalsekreterare António Guterres ...
Vad händer när permafrosten tinas?
by Officiell W5
Nästan hälften av Kanada sitter på permanent fryst land som kallas permafrost, men klimatförändringarna gör att det tiner upp och ...
Vi slår för att störa systemet: En timme med 16-årig klimataktivist Greta Thunberg
by Demokrati nu!
I hennes första utvidgade sändningsintervju i USA tillbringar vi timmen med Greta Thunberg, 16-åringen ...
Årlig utvärdering av glaciärer i norra kaskader finner chockerande volymförlust
Årlig utvärdering av glaciärer i norra kaskader finner chockerande volymförlust
by Mauri Pelto
Sommaren 2019 hittade North Cascade Glacier Climate Project i fältet för 36: e påföljande sommaren ...
Fördelning i Coral Reef Ikoniska lekar sätter arter som riskerar att bli utrotade
Fördelning i Coral Reef Ikoniska lekar sätter arter som riskerar att bli utrotade
by Heidi Burdett
Fördelning i Coral Reef Ikoniska lekar sätter arter som riskerar att bli utrotade
Hur klimatförändringar driver utvandring från Centralamerika
Hur klimatförändringar driver utvandring från Centralamerika
by Miranda Cady Hallett
Dammmoln steg upp bakom hjulen på pickupen när vi gick över bakvägen i Palo Verde, El Salvador.

SENASTE ARTIKLAR

Bill Nye Och klimatkrisen
by MSNBC
På en speciell show före en live-studiopublikum diskuterar vetenskapskillen Bill Nye klimatkrisen med Chris Hayes.
Roiled av Trump-politik söker NOAA ansvar, försoning
by MSNBC
Rachel Maddow rapporterar om bakslaget inom vädervetenskapssamhället över ett osignerat uttalande från NOAA ...
Extrema städer: marknoll för klimatförändringar
by Laura Flanders Show
Oavsett hur vi hanterar klimatförändringarna är städer viktiga.
Hur Grönlands massiva issmältning kommer att förändra världen helt
by Channel 4 News
Kommer du ihåg den värmeböljan tillbaka i augusti? Tja, Arktis kommer ihåg det också. Rekordhastigheter för issmältning har registrerats ...
Kina är positionerat för att leda i klimatförändringar när USA rullar tillbaka sina policyer
Kina är positionerat för att leda i klimatförändringar när USA rullar tillbaka sina policyer
by Kelly Sims Gallagher och Fang Zhang
När effekterna av klimatförändringar blir mer utbredda och oroande har FN: s generalsekreterare António Guterres ...
Vi behöver mer kol i vår jord för att hjälpa australiska jordbrukare genom torka
Vi behöver mer kol i vår jord för att hjälpa australiska jordbrukare genom torka
by Nanthi Bolan
Australien har aldrig varit en främling av torka, men klimatförändringarna laddar dem nu.
Klimatuppdelningen skjuter Brasiliens ikoniska Araucaria-träd till utrotning
Klimatuppdelningen skjuter Brasiliens ikoniska Araucaria-träd till utrotning
by Oliver Wilson
Under hundratusentals år har de karakteristiska kandelaberformerna av Araucaria-träd (Araucaria angustifolia) ...
Naomi Klein: Vi ser början på klimatbarbarismens tid
Naomi Klein: Vi ser början på klimatbarbarismens tid
by Natalie Hanman
Författaren No Logo pratar med Natalie Hanman om lösningar på klimatkrisen, Greta Thunberg, födelsestrejker och hur ...