新しい太陽熱淡水化システムが遠隔地にきれいな水を提供

夏の気温が上昇すると、水不足の懸念が大きくなります。 きれいな飲料水の利用可能性を高めるための可能な解決策として、インド科学研究所 (IISc) の研究者は、太陽エネルギーを利用して動作する新しい熱脱塩システムを開発しました。

最も一般的な脱塩方法は、膜ベースの逆浸透と熱脱塩です。 ただし、どちらもエネルギーを大量に消費します。

熱的脱塩システムは、塩水を加熱し、生じた蒸気を凝縮して淡水を得ることで機能します。 しかし、蒸発に必要なエネルギーは通常、電気または化石燃料の燃焼から得られます。 環境に優しい代替案は、太陽エネルギーを利用して大きな貯水池内の塩水を蒸発させ、透明な屋根で凝縮した蒸気を収集するソーラー蒸留器を使用することです。 ただし、結露すると屋根に薄い水の層が形成され、貯水池に浸透する太陽エネルギーの量が減少し、システムの効率が低下します。

このようなソーラー蒸留器の代替品として、IISc チームは、よりエネルギー効率が高く、費用対効果が高く、持ち運びが容易で、継続的な電力へのアクセスが限られている地域でも設置しやすい、ソーラー駆動の淡水化ユニットの斬新な設計を開発しました。と、機械工学科の助教授であり、Desalination 誌に掲載された研究の責任著者である Susmita Dash 氏は説明します。

ダッシュと彼女の博士課程学生ナバジット・デカによって設計されたこのセットアップは、周囲空気への熱損失を避けるために断熱チャンバー内に密閉された食塩水のリザーバー、蒸発器、凝縮器で構成されています。

彼らのシステムは、太陽熱エネルギーを利用して、吸収された、または「吸収された」少量の水を蒸発器に蒸発させることによって機能し、蒸発器の表面はテクスチャード加工になっています。 蒸発器への液体の吸い上げは、マイクロスケールテクスチャーの毛細管効果を利用します。 この効果により、水がスポンジに吸収されるのと同じように、液体が多孔質材料の狭い空間に引き込まれることが可能になります。 ダッシュ氏によると、リザーバー内の液体全体を加熱するのではなく、このアプローチを利用すると、システムのエネルギー効率が大幅に向上します。

研究チームはアルミニウム製の蒸発器の表面に小さな溝をエッチングした。 Deka 氏は、効率的なウィッキングのための適切なパターンを決定するために、溝の寸法と間隔、表面の粗さのさまざまな組み合わせを実験する必要があったと説明しています。

研究者らによると、大部分の脱塩研究では見落とされがちな凝縮器は、太陽熱淡水化システムのもう一つの重要な要素だという。 ソーラー蒸留器のように、凝縮中に水膜が形成されるのを防ぐために、Dash と Deka は親水性表面と超親水性表面が交互に配置された凝縮器を製造しました。 親水性パターン上で凝縮した水滴は、超親水性領域に向かって引き寄せられます。 超親水性領域に対する凝縮水のこの親和性により、親水性表面が新しいバッチの凝縮水に対して自由になることができるとダッシュ氏は説明します。

凝縮中、熱の一部が大気中に失われます。 研究者らは、凝縮中に放出されるこの熱も捕らえられ、凝縮器の裏側にある別の蒸発器で吸収された海水を加熱するために利用されるようにシステムを設計しました。これにより、必要な太陽エネルギーの量が削減され、効率が向上します。システムのさらに多くのこと。 同チームはまた、複数の蒸発器と凝縮器の組み合わせを直列に接続することに成功し、多段階の太陽熱淡水化システムを完成させた。 このシステムを設置面積 1 平方メートルに構築した場合、30 分ごとに 1 リットルの飲料水を生産する能力があります。これは、同じサイズの従来の太陽熱蒸留器で生産される量の少なくとも 2 倍です。

このシステムは、海水のほかに、塩類が溶解した地下水や汽水にも使用できます。 日中の太陽の位置の変化に合わせて調整できます。

研究者らは現在、家庭用および商業用に導入できるように、システムの規模を拡大して耐久性を向上させ、生成される飲料水の量を増やすことに取り組んでいます。