מחקר מתאר נייד חדש סולרי-מערכת איסוף מהביל עם אוריגמי פולימרי שיכול לאסוף ולטהר מַיִם בעלות נמוכה מאוד
יש ביקוש עולמי הולך וגובר לנקות מַיִם עקב גידול אוכלוסיה, תיעוש וזיהום ודלדול שלנו של כוכב הלכת משאבים טבעיים. סולרי-אדים היא טכניקה שבה אנרגיה סולארית יכול לשמש לטיהור מַיִם על ידי אידוי מזוהם מַיִם, עיבוי מחדש וייצור נקי טרי מַיִם. טכניקה זו היא טכנולוגיה ירוקה נקייה, מתחדשת ובת קיימא, בעלת פוטנציאל להתמודד עם המחסור העולמי במים נקיים על ידי ניצול השפע של סולרי אֵנֶרְגִיָה. החוזק והיעילות של א סולרימערכת אידוי תלויה בעיצוב שלה ובבחירת החומרים הפוטותרמיים. נוֹכְחִי סולרי-טכנולוגיות אידוי משתמשות בחומרים יקרים ומגושמים, בעלות יעילות נמוכה ותפוקה מוגבלת. זה נשאר אתגר לשפר את הביצועים ולהוזיל עלויות כדי לעצב קל משקל ונייד סולרי-מערכת אידוי שניתן להשתמש בה ישירות על ידי אנשים.
במחקר חדש שפורסם ב-28 במאי ב חומרים מתקדמים חוקרים מתארים שיטה חדשה עבור סולרי קיטור על ידי עיצוב נייד בעלות נמוכה מבוקר בלחץ נמוך סולרי מערכת איסוף מהביל שיכולה לאסוף ולטהר מַיִם שימוש באנרגיה מאור השמש. הם בחרו בחומר פולימרי פוטותרמי בשם Polypyrrole (PPy) שהוא מוליך באופיו, ידוע בתכונות הפוטותרמיות שלו ומפגין יעילות גבוהה בהמרת אור שמש לחום תרמי. בהשראת ורד הפרח, העיצוב הייחודי של מערכת האידוי הסולארי הזה עשוי מחומר מרוכבי PPy-נייר אוריגמי תלת מימדיים. 'ורד PPy' המורכב מיריעות שחורות שכבות בצורת עלי כותרת נוצר באמצעות קיפול אוריגמי ופילמור כימי של PPy. מבנה אוריגמי זה מחובר לצינור דמוי כותנה חדורי גזע אשר אוסף מים גולמיים/לא מטופלים ממקור מים ומזין אותם למבנה הוורד PPy המוצב בחלקו העליון. נעשה שימוש בצינור ספוג כותנה וקצף פוליסטירן כדי למנוע מגע ישיר בין חומר PPy ומים בתפזורת.
פעם אחת לא מטופלת מַיִם הגיע לעלי הכותרת, חומר PPy במבנה הפרח מסתובב מַיִם לאדים ולזיהומים נפרדים מהמים באופן טבעי. לאחר מכן, יש לעבות את אדי המים ולאחר מכן לאסוף מים נקיים לשימוש. חוקרים השתמשו במצב של לחץ נמוך באמצעות משאבת ואקום ניידת. זה נראה כמשפר משמעותית את שיעורי אידוי המים ואיסוף המים. ברגע שהמים מתעבים, צנצנת הזכוכית הקומפקטית והיציבה מאחסנת מים נקיים בצורה בטוחה.
האוריגמיס התלת מימדי סיפק ספיגה גבוהה משמעותית של אור ושטחי פנים משופרים עבור מַיִם אידוי בהשוואה לעיצוב מישורי דו מימדי קונבנציונלי. קצב אידוי ואיסוף המים מוגבר ב-2 אחוזים עקב הורדת לחץ החדר. אוריגמי PPy שיפר את אידוי המים ב-52 אחוז ונראו גם שיעורי איסוף אדים גבוהים יותר. היעילות הכוללת של המערכת עלתה ב-71 אחוזים תחת מקור אור אחד. המערכת נבדקה על דגימה מנהר קולורדו בטקסס, ארה"ב. המערכת הסירה זיהום של מים בצורה של מתכות כבדות, חיידקים, מלח ומקלה על אלקליניות שיצרו מים נקיים בתקני שתייה כפי שנקבעו על ידי ארגון הבריאות העולמי.
המחקר הנוכחי מתאר תכנון רציונלי חדש של מערכת איסוף סולרית ניידת בעלות נמוכה עם חומרים פוטותרמיים אוריגמי תלת מימדיים, המציעה קצבים משופרים של אידוי מים ואיסוף אדים. העלות של כל מבנה דמוי פרח היא פחות מ-3 סנט והוא יכול להפיק בהצלחה 2 ליטר מים נקיים לשעה למ"ר. עיצוב זה יכול להוות השראה לייצור דגמים ייחודיים של קיטור סולארי לייצור מים נקיים.
***
{תוכל לקרוא את עבודת המחקר המקורית על ידי לחיצה על קישור ה-DOI המופיע להלן ברשימת המקורות המצוטטים}
מקור (ים)
Li, W. et al. 2019. יחידת איסוף שמש ניידת בלחץ נמוך עם פוליפירול אוריגמיס. חומרים מתקדמים. http://doi.org/10.1002/adma.201900720
