Einfache solarbetriebene Wasserentsalzung

Forscher haben ein passives solarbetriebenes Entsalzungssystem entwickelt. Die neue Technologie ermöglicht eine Effizienzsteigerung bei der Gewinnung von frischem Trinkwasser aus Meerwasser. Das System verwendet mehrere Schichten von flachen Solarverdampfern und -kondensatoren, die vertikal angeordnet und mit einer transparenten Aerogel-Isolierung versehen sind. Es kann pro Stunde je Quadratmeter der solaren Auffangfläche über 6,8 Liter frisches Trinkwasser liefern. Der Einsatz solcher Systeme könnte eine effiziente, günstige Wasserversorgung für aride Küstengebiete ohne Versorgungsnetz darstellen.

Effizienzsteigerung durch Wärmeabsorption

Die erhöhte Effizienz des Systems ergibt sich aus dem Einsatz mehrerer Stufen zur Wasserentsalzung. Auf jeder Stufe wird die von der vorhergehenden Stufe freigesetzte Wärme genutzt, anstatt sie zu verschwenden. So konnte das Demonstrationsgerät eine Gesamteffizienz von 385 Prozent bei der Umwandlung von Sonnenenergie in Wasserverdampfungsenergie erzielen.

Funktionsweise

Bei dem Gerät handelt es sich um einen mehrschichtigen Solardestillator mit einer Reihe von verdampfenden und kondensierenden Komponenten, wie sie zur Destillation von Lauge verwendet werden. Flache Paneele absorbieren die Wärme, die dann auf eine Wasserschicht übertragen wird, sodass diese verdampft. Der Dampf kondensiert auf dem nächsten Paneel. Das Wasser wird gesammelt, während die Wärme aus der Dampfkondensation an die nächste Schicht weitergeleitet wird. Normalerweise geht Wärme, die entsteht, wenn Dampf auf einer Oberfläche kondensiert, an die Umgebung verloren. Im mehrschichtigen Solardestillator fließt die Wärme zur nächsten Verdampfungsschicht. Die Sonnenwärme wird wiederverwertet und der Wirkungsgrad erhöht.

Forschungsobjekt

Für die Machbarkeitsstudie entschied sich das Forschungsteam für ein 10-Stufen-System. Es lieferte reines Wasser, das die städtischen Trinkwassernormen übertraf. Laut Evelyn Wang, Professorin und Fachbereichsleiterin für Maschinenbau, ist das mehr als doppelt so viel wie die Rekordmenge, die zuvor von einem solchen passiven solarbetriebenen Entsalzungssystem produziert wurde. Im Gegensatz zu anderen Entsalzungssystemen gibt es keine Ansammlung von Salz oder Sole, die entsorgt werden muss. Das Salz, das sich tagsüber ansammelt, wird nachts ins Meerwasser geleitet. Weitere Experimente zur Systemoptimierung sind geplant. Es besteht die Hoffnung, damit bei der Linderung der Wasserknappheit in Entwicklungsländern beizutragen, wo zuverlässige Elektrizität knapp ist, Meerwasser und Sonnenlicht jedoch im Überfluss vorhanden sind.

Kostengünstige Herstellung

Das Demogerät wurde größtenteils aus kostengünstigen, leicht erhältlichen Materialien gebaut, wie z. B. einem handelsüblichen schwarzen Solarabsorber und Papiertüchern für den Kapillardocht, um das Wasser in Kontakt mit dem Solarabsorber zu bringen. Dies war durch die Entkoppelung des Solarabsorbermaterials und des Dochtmaterials, die sonst meist eine Einheit bilden, möglich. Die teuerste Komponente des Prototyps ist eine Schicht aus transparentem Aerogel, die als Isolator verwendet wird. Hier könnten möglicherweise günstigere Isolatoren eingesetzt werden.

Einsatzmöglichkeiten

Eine mögliche Konfiguration wären schwimmende Paneele auf einem Salzwasserkörper, wie z. B. einem Auffangteich. Bei Sonnenschein könnten diese selbständig Frischwasser durch Rohre an das Ufer leiten. Andere Systeme könnten einen einzelnen Haushalt versorgen, vielleicht unter Verwendung eines flachen Paneels auf einem Meerwassertank. Ein System mit einer etwa ein Quadratmeter großen Sonnenkollektorfläche könnte den täglichen Trinkwasserbedarf einer Person decken. Ein System, das die Bedürfnisse einer Familie abdeckt, könnte für ungefähr 100 Dollar produziert werden.

Quellen: pubs.rsc.org

Bidlequelle: MonikaP_Pixabay