دراسة تصف رواية محمولة شمسي- نظام تجميع بالبخار باستخدام أوريغامي البوليمر الذي يمكنه التجميع والتنقية ماء بتكلفة منخفضة للغاية
هناك طلب عالمي متزايد على المنتجات النظيفة ماء بسبب النمو السكاني والتصنيع والتلوث واستنزاف ثرواتنا الكوكب الموارد الطبيعية. الطاقة الشمسية-التبخير هو الأسلوب الذي أنظمة الطاقة الشمسية يمكن استخدامها لتنقية ماء عن طريق تبخير الملوثة ماءوإعادة تكثيفه وإنتاجه نظيفًا ماء. هذه التقنية هي تقنية خضراء نظيفة ومتجددة ومستدامة ولديها القدرة على معالجة الندرة العالمية للمياه النظيفة من خلال الاستفادة من وفرة المياه شمسي طاقة. قوة وكفاءة أ شمسي- يعتمد نظام التبخير على تصميمه واختيار المواد الحرارية الضوئية. حاضِر شمسي- تستخدم تقنيات التبخير مواد باهظة الثمن وكبيرة الحجم ولها كفاءة منخفضة وإنتاج محدود. لقد ظل تحديًا يتمثل في تحسين الأداء وخفض التكاليف من أجل تصميم خفيف الوزن ومحمول شمسي- نظام تبخير يمكن للأفراد استخدامه بشكل مباشر.
في دراسة جديدة نشرت في 28 مايو في المواد المتقدمة يصف الباحثون طريقة جديدة ل شمسي التبخير من خلال تصميم جهاز محمول منخفض التكلفة يمكن التحكم فيه بالضغط المنخفض شمسي نظام جمع تبخير الذي يمكن جمع وتنقية ماء باستخدام الطاقة من أشعة الشمس. لقد اختاروا مادة بوليمر حرارية ضوئية تسمى Polypyrrole (PPy) وهي موصلة بطبيعتها، ومعروفة بخصائصها الحرارية الضوئية وتظهر كفاءة عالية في تحويل ضوء الشمس إلى حرارة حرارية. مستوحى من زهرة الورد، التصميم الفريد لنظام التبخير الشمسي هذا مصنوع من مواد ورقية ثلاثية الأبعاد مصنوعة من ورق PPy. تم إنشاء "وردة PPy" التي تتكون من صفائح سوداء ذات طبقات على شكل بتلات عن طريق طي الأوريغامي والبلمرة الكيميائية لـ PPy. يتم ربط هيكل الأوريغامي هذا بأنبوب مملوء بالقطن يشبه الجذع والذي يجمع المياه الخام / غير المعالجة من مصدر المياه ويغذيها إلى هيكل الورد PPy الموجود في الأعلى. تم استخدام أنبوب مملوء بالقطن ورغوة البوليسترين لمنع الاتصال المباشر بين مادة PPy والمياه السائبة.
مرة واحدة دون علاج ماء وصلت إلى البتلات، وتتحول مادة PPy في هيكل الزهرة ماء إلى بخار وشوائب منفصلة بشكل طبيعي عن الماء. بعد ذلك، يجب تكثيف بخار الماء ومن ثم تجميع المياه النظيفة للاستخدام. استخدم الباحثون حالة الضغط المنخفض باستخدام مضخة فراغ محمولة. وقد اعتبر هذا أنه يعزز بشكل كبير معدلات تبخر المياه وجمع المياه. بمجرد تكثيف الماء، يقوم الوعاء الزجاجي المدمج والمتين بتخزين المياه النظيفة بشكل آمن.
قدمت الأوريجامي ثلاثية الأبعاد امتصاصًا أعلى بكثير للضوء ومساحات سطحية محسنة ماء التبخر بالمقارنة مع التصميم المستوي التقليدي ثنائي الأبعاد. يتم تعزيز معدل تبخر الماء وجمعه بنسبة 2 بالمائة بسبب انخفاض ضغط الغرفة. وقد ساهمت تقنية PPy Origami في تحسين تبخر الماء بنسبة 52 بالمائة، كما شوهدت معدلات أعلى لتجميع البخار. زادت الكفاءة الإجمالية للنظام بنسبة 71 بالمائة تحت مصدر ضوء واحد. تم اختبار النظام على عينة من نهر كولورادو في ولاية تكساس بالولايات المتحدة الأمريكية. يزيل النظام تلوث المياه على شكل معادن ثقيلة وبكتيريا وأملاح ويخفف القلوية وينتج مياه نظيفة بمعايير الشرب كما حددتها منظمة الصحة العالمية.
تصف الدراسة الحالية تصميمًا عقلانيًا جديدًا لنظام تجميع البخار بالطاقة الشمسية المحمول منخفض التكلفة مع مواد ثلاثية الأبعاد للأوريغامي الحرارية الضوئية التي توفر معدلات محسّنة لتبخر المياه وتجميع البخار. تكلفة كل هيكل يشبه الزهرة أقل من 3 سنت ويمكنه أن ينتج بنجاح 2 لتر من المياه النظيفة لكل ساعة لكل متر مربع. يمكن أن يكون هذا التصميم مصدر إلهام لتصنيع نماذج فريدة من التبخير بالطاقة الشمسية لإنتاج المياه النظيفة.
***
{يمكنك قراءة ورقة البحث الأصلية عن طريق النقر فوق ارتباط DOI الوارد أدناه في قائمة المصدر (المصادر) المذكورة}
المصدر (ق)
لي ، دبليو وآخرون. 2019. تبخير بالطاقة الشمسية منخفض الضغط ‐ تجميع Unisystem مع Polypyrrole Origamis. مواد متطورة. http://doi.org/10.1002/adma.201900720
