Luz solar para resolver la crisis mundial del agua potable

Los científicos de UniSA han desarrollado una técnica rentable que puede proporcionar agua potable segura para millones de personas vulnerables utilizando materiales económicos y sostenibles y luz solar.

Menos del 3 por ciento del mundo agua es fresco y debido a las presiones del cambio climático, la contaminación y los patrones de población cambiantes en muchas áreas este recurso ya limitado se está volviendo más escaso.

Hoy en día, 1.420 millones de personas, incluidos 450 millones de niños, viven en áreas con alta o muy alta sensibilidad al agua, y se espera que este número aumente en las próximas décadas.

Los científicos del Future Industries Institute UniSA han desarrollado un nuevo proceso prometedor que puede eliminar el estrés hídrico de millones de personas, incluidas muchas de las comunidades más vulnerables y desfavorecidas del mundo.

Un equipo dirigido por el profesor asociado Haolan Xu perfeccionó la técnica de extraer agua dulce del agua de mar, agua salobre o agua contaminada a través de una evaporación solar altamente eficiente, proporcionando suficiente agua potable todos los días para una familia de cuatro con solo un metro cuadrado de agua de origen. .

“En los últimos años, se ha prestado mucha atención al uso de la evaporación solar para producir agua potable fresca, pero las técnicas anteriores han sido demasiado ineficaces para ser útiles en la práctica”, dice el Prof. Dr hab. Xu.

“Hemos superado estas ineficiencias y nuestra tecnología ahora puede ofrecer resultados suficientes agua dulce para satisfacer muchas necesidades prácticas a una fracción del costo de las tecnologías existentes, como la ósmosis inversa ”.

El corazón del sistema es la estructura fototérmica de alta eficiencia que se encuentra en superficie fuente de agua y convierte la luz del sol en calor al enfocar energía exactamente en la superficie para evaporar rápidamente la parte más alta del líquido.

Mientras que otros investigadores estudiaron una tecnología similar, los esfuerzos anteriores se vieron obstaculizados por la pérdida de energía a medida que el calor entraba en la fuente de agua y se disipaba en el aire de arriba.

“Anteriormente, muchos de los evaporadores fototérmicos experimentales eran esencialmente bidimensionales; eran simplemente una superficie plana y podían perder entre el 10 y el 20 por ciento de la energía del sol en el agua y el medio ambiente circundante ”, dice el Dr. Xu.

“Hemos desarrollado una técnica que no solo previene la pérdida de energía solar, sino que en realidad obtiene energía extra del agua y del entorno circundante, lo que significa que el sistema funciona 100% eficientemente con la entrada solar y toma otro 170% de su energía de el agua y el medio ambiente ”.

A diferencia de las estructuras bidimensionales utilizadas por otros investigadores, el profesor Assoc Xu y su equipo desarrollaron un evaporador tridimensional en forma de nervadura, similar a un disipador de calor.

Su diseño desplaza el exceso de calor de las superficies superiores del evaporador (es decir, la superficie del evaporador solar), distribuyendo el calor a la superficie de la aleta para evaporar el agua, enfriando así la superficie superior de evaporación y obteniendo cero perdida de energia durante la evaporación solar.

Esta técnica de disipador de calor significa que todas las superficies del evaporador permanecen al mismo nivel temperatura más baja que el agua y el aire circundantes, por lo que la energía adicional fluye desde el entorno externo de mayor energía al evaporador de menor energía.

“Somos los primeros científicos del mundo en extraer energía del agua a granel durante la evaporación solar y usarla para la evaporación, lo que ha ayudado a que nuestro proceso sea lo suficientemente eficiente como para entregar de 10 a 20 litros de agua dulce por metro cuadrado por día. ”

Además de la eficiencia, la practicidad del sistema se ve reforzada por el hecho de que está construido completamente con materiales simples y cotidianos que son baratos, duraderos y fácilmente disponibles.

“Uno de los principales objetivos de nuestra investigación era proporcionar aplicaciones prácticas, por lo que los materiales que utilizamos procedían de una ferretería o un supermercado”, dice el Prof. Dr hab. Xu.

“La única excepción son los materiales fototérmicos, pero incluso allí utilizamos un proceso muy simple y rentable, y el progreso real que hemos logrado está en el diseño del sistema y la optimización del nodo de energía, no en los materiales”.

Además de ser fácil de construir y de implementar, el sistema también es muy fácil de mantener ya que el diseño de la estructura fototérmica evita que la sal y otros contaminantes se acumulen en la superficie del evaporador.

El bajo costo y el fácil mantenimiento significan que el sistema desarrollado por Assoc Prof Xu y su equipo se puede utilizar en situaciones en las que otros sistemas de desalinización y tratamiento no serían rentables desde el punto de vista financiero y operativo.

“Por ejemplo, en comunidades remotas con poblaciones pequeñas, el costo de la infraestructura para sistemas como la ósmosis inversa es simplemente demasiado alto para justificarlo, pero nuestra técnica podría proporcionar una alternativa de muy bajo costo que sería fácil de configurar y esencialmente libre de operar “, dice el Dr. hab Prof. Xu.

“Además, debido a que es tan simple y prácticamente no requiere mantenimiento, no necesita conocimientos técnicos para funcionar y los costos de mantenimiento son mínimos.

“Esta tecnología realmente tiene el potencial de proporcionar una solución de agua limpia a largo plazo a las personas y comunidades que no pueden pagar otras opciones, y aquí es donde más se necesitan estas soluciones”.

Assoc Prof Xu dice que además de las aplicaciones de agua potable, su equipo está investigando actualmente una serie de otros usos para la tecnología, incluido el tratamiento de aguas residuales en operaciones industriales.

“Hay muchas formas potenciales de adaptar la misma tecnología, por lo que en realidad estamos en un viaje muy emocionante”, dice.