Er is een doorbraak bereikt in de technologie voor het opvangen van water op zonne-energie, waarbij gebruik wordt gemaakt van innovatieve gels en systeemontwerpen om op efficiënte wijze water uit de atmosfeer te halen. Deze technologie zou een revolutie teweeg kunnen brengen in het watergebruik in dorre, zonnige streken, en tegemoet kunnen komen aan de kritieke behoeften aan drinkwater en ander gebruik.
Atmosferische wateroogstmachines gebruiken hygroscopische gels en zouten om water te leveren aan droge gebieden. Momenteel leven ruim 2,2 miljard mensen in landen met waterschaarste, en de Verenigde Naties schatten dat jaarlijks 3,5 miljoen mensen sterven aan watergerelateerde ziekten. Omdat de gebieden die het meest behoefte hebben aan verbeterd drinkwater ook tot de zonnigste plekken ter wereld behoren, bestaat er grote belangstelling voor het gebruik van zonlicht om toegang tot schoon water te helpen verschaffen.
Onderzoekers van de Chinese Shanghai Jiao Tong Universiteit hebben een veelbelovende nieuwe technologie voor het opvangen van water uit de atmosfeer op zonne-energie ontwikkeld, die zou kunnen helpen om mensen in deze barre, dorre gebieden van voldoende drinkwater te voorzien. Ze publiceerden hun onderzoeksresultaten in het AIP-tijdschrift Applied Physics Reviews.
Deze technologie voor het opvangen van atmosferisch water kan worden gebruikt om de dagelijkse behoefte aan watervoorziening te vergroten, zoals huishoudelijk drinkwater, industrieel water en water voor persoonlijke hygiëne.
Traditionele uitdagingen overwinnen
Onderzoekers hebben historisch gezien met uitdagingen te maken gehad bij het infuseren van zout in hydrogels, omdat een hoger zoutgehalte het vermogen van de hydrogel om te zwellen vermindert als gevolg van het uitzoutingseffect. Dit resulteert in zoutlekkage en een afname van het wateropnamevermogen.
"Wat diepe indruk op ons maakte, was dat zelfs als er tot 5 gram zout in 1 gram polymeer werd geïnjecteerd, de resulterende gel nog steeds goede zwellings- en zoutvangende eigenschappen kon behouden", zei onderzoeker Wang Ruzhu.
Innovatief absorberend gel- en systeemontwerp
Onderzoekers gebruikten plantaardige derivaten en hygroscopische zouten om een superhygroscopische gel te synthetiseren die grote hoeveelheden water absorbeert en vasthoudt. In een droge atmosferische omgeving kan één kilogram xerogel 1,18 kilogram water absorberen, terwijl het in een vochtige atmosferische omgeving tot 6,4 kilogram water kan absorberen. Deze hygroscopische gel is eenvoudig te bereiden en goedkoop, waardoor hij geschikt is voor bereiding op grote schaal.
Daarnaast gebruikte het onderzoeksteam ook een prototype met een desorptiekamer en een condensatiekamer, parallel geconfigureerd. Ze gebruikten een turbofan in de condensatiekamer om het terugwinningspercentage van gedesorbeerd water tot meer dan 90% te verhogen.
Tijdens een prototypedemonstratie buiten ontdekte het team dat het geadsorbeerd water zelfs in de ochtend of middag kon vrijgeven als het zonlicht zwak was. Het systeem maakt ook gelijktijdige adsorptie en desorptie gedurende de dag mogelijk.
Toekomstige toepassingen en optimalisaties
Het onderzoeksteam zal ernaar streven hernieuwbare energie te gebruiken om gelijktijdige adsorptie en desorptie te bereiken om de dagelijkse waterproductie per massa-eenheid adsorbens te maximaliseren, waardoor de prestaties van het systeem verder worden geoptimaliseerd en het praktisch wordt gemaakt voor gebruik op het gebied van waterproductie.
Naast de dagelijkse waterproductie kunnen adsorberende materialen die atmosferisch water kunnen verzamelen een belangrijke rol spelen in toekomstige toepassingen zoals ontvochtiging, landbouwirrigatie en thermisch beheer van elektronische apparatuur.
Referentie: "Overdag lucht-waterverzameling gebaseerd op gelijktijdige adsorptie-desorptie van superhygroscopische poreuze gels", auteur: Xiang Chengjie, Yang Xinge, Deng Fangfang, Chen Zhihui, Wang Ruzhu, 5 december 2023, "Applied Physics Reviews".
doi:10.1063/5.0160682
Samengestelde bron: ScitechDaily