ژنراتورهای بخار خورشیدی سه‌بعدی الهام گرفته از طبیعت برای نمک‌زدایی و تصفیه آب
برای جدا کردن نمک از آب، دانشمندان در دانشگاه فنی نانیانگ (NTU) در سنگاپور ژنراتورهای بخار خورشیدی سه‌بعدی الهام گرفته از طبیعت را طراحی کرده‌اند.
این دستگاه که ژنراتور بخار خورشیدی (SSG) نام دارد، نوید یک دستگاه قابل‌توجه با هزینه کمتر و مصرف انرژی کمتر را برای نمک‌زدایی مؤثر آب دریا می‌دهد.
یانبی هائو، یکی از نویسندگان مطالعه به Interesting Engineering گفت که تیم دانشمندان همچنین از یک عامل ذوب فیوزی مبتنی بر چارچوب فلزی-آلی (MOF) در چاپگر چند جت فیوژن (MJF) استفاده کرده‌اند.
آماده‌سازی ژنراتور بخار خورشیدی
این تکنیک به آماده‌سازی ژنراتور بخار خورشیدی (SSG) با ساختار منافذ موئین کمک کرد.
ژنراتور زمانی کار می‌کند که ذرات اکسید آهن (Fe3O4) که در یک لایه کربنی (C@Fe3O4 هیبریدها) مشتق‌شده از MOF کپسوله شده‌اند، توانایی عالی برای جذب نور خورشید و تبدیل آن به حرارت دارند، هائو به IE توضیح داد.
“هنگامی که در معرض نور خورشید قرار می‌گیرد، دمای SSG افزایش می‌یابد و تبخیر آب را تسهیل می‌کند.”
هائو همچنین بیان کرد که ساختار منافذ موئین اطمینان از جابجایی موثر آب و پخش یکنواخت بر روی سطح SSG را فراهم می‌آورد. این امر انتقال حرارت مؤثر را تسهیل کرد و جذب مستمر حرارت و تبخیر آب را ترویج می‌دهد.
تکنولوژی چاپ MJF راه را برای طراحی ساختارهای پیچیده با سطح مخصوص بالا هموار کرد و سطح خاص SSG و سطح تماس بین آب و هوا را افزایش داد و تبخیر آب را بیشتر افزایش داد.
SSG جذب نور خورشید، انتقال به آب
به زبان ساده، هائو می‌گوید که SSG نور خورشید را جذب و به انرژی حرارتی تبدیل می‌کند که سپس به طور یکنواخت به آب منتقل می‌شود، باعث جذب حرارت و تبخیر آب می‌شود.
نه تنها دستگاه جدید چالش‌های فرآیند نمک‌زدایی سنتی را رفع می‌کند بلکه همچنین به پایداری محیطی کمک می‌کند با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند توان خورشیدی برای کاهش ردپای کربن.
طبق بیانیه‌ای از انستیتوی فیزیک آمریکا، آب نمک‌زدایی شده از SSG به طور مستمر با استانداردهای آب آشامیدنی مطابقت دارد که اثربخشی سیستم را در دوره‌های طولانی ثابت کرد.
اشاره به آزمایش‌های طولانی‌مدت، هائو به IE گفت که نرخ تبخیر آب از SSGهای چاپ‌شده با MJF نسبتاً پایدار باقی مانده و به 1.55 کیلوگرم آب در هر متر مربع در ساعت رسیده‌است.
“این نتایج نه تنها با SSGهای پلیمری گزارش‌شده قابل مقایسه است بلکه همچنین برتری نسبت به اکثر داده‌ها دارد,” او می‌گوید. “تبخیرساز ساخته‌شده نشان‌دهنده بهبود قابل‌توجه در نرخ تبخیر و استفاده از انرژی است.”
طراحی از ترانسپیرایشن گیاهی الهام گرفته شده و بنابراین با ساختارهای میکرو درخت‌شکل مینیاتوری تهیه شده‌است.
پروفسور مکانیک دانشکده مکانیک دانشگاه نانیانگ، کون ژو، در بیانیه‌ای توضیح داد که طراحی الهام‌گرفته از طبیعت کارایی SSG را افزایش می‌دهد. ترتیبات درخت‌مانند انتقال آب را بهبود می‌بخشد و کارآیی تبخیر را تقویت می‌کند.
فراتر از نمک‌زدایی، تکنولوژی SSG را می‌توان به عنوان دستگاه گرمایشی نیز استفاده کرد. هائو به IE گفت که ساختار متخلخل به طور نظری دارای خواص خوب عایق حرارتی و جذب صدا است که آن را برای کاربردهای عایق و کاهش صدا مناسب می‌سازد.
همچنین، توانایی‌های جذب سریع آب ساختار موئین می‌تواند برای انتقال جهت‌دادن و سریع آب استفاده شود.
“این کاربردها به‌طور نظری ممکن و دارای پتانسیل قابل‌توجه برای استفاده عملی هستند,” هائو گفت.
این مطالعه در ژورنال – Applied Physics Reviews منتشر شده است.
