1

علوم

مولد البخار الشمسي الهرمي

الماء أمر حيوي لبقاء الحياة. ومع ذلك ، أصبحت ندرة المياه مشكلة رئيسية في المجتمع الحديث. اليوم ، يعيش خمس سكان العالم في مناطق تعاني من نقص في المياه ، خاصة في المناطق التي لا توجد بها كهرباء.

بالنسبة للأشخاص في هذه المناطق ، فإن الحصول على مياه الشرب النظيفة غالبًا ما يكون مهمة صعبة. لذلك ، فهم بحاجة ماسة إلى تقنيات وأجهزة فعالة ومنخفضة التكلفة ومستدامة ويمكن الوصول إليها بسهولة لتوليد المياه النظيفة. الطاقة الشمسية هي واحدة من أكثر الموارد وفرة وانتشارا على وجه الأرض. تكنولوجيا تنقية المياه التي تعمل بالطاقة الشمسية بسيطة وفعالة للحصول على مياه الشرب النظيفة من مصادر المياه غير الصالحة للشرب مثل مياه البحيرة أو مياه الصرف الصحي أو مياه البحر.

اليوم ، أفاد فريق بقيادة البروفيسور شو هونغ يو من جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين (USTC) عن مولد بخار شمسي هرمي فعال ومستدام يحاكي الطاقة الحيوية (HSSG) يعتمد على المركبات النانوية البكتيرية السليلوز (BC). يتم تصنيع هذا HSSG من خلال عملية التخليق الحيوي بمساعدة الهباء الجوي خطوة واحدة.

يتم دمج عملية التوليف الميكروبي المصممة بنجاح مع ترسيب المواد النانوية ، ويتم بناء هيكل هرمي تقني حيوي متطور ببساطة وكفاءة. يحتوي الهيكل الهرمي لهذا HSSG على ثلاث طبقات مستمرة ذات وظائف مختلفة ، بما في ذلك طبقة امتصاص الضوء من الأنابيب النانوية الكربونية / BC ، وطبقة العزل الحراري لفقاعات الزجاج / BC والركيزة الخشبية لدعم ونقل المياه.

في HSSG ، قللت شبكة الألياف النانوية ثلاثية الأبعاد (3D) من هيدروجيل BC بشكل كبير من استهلاك الطاقة لتحويل الماء السائل إلى بخار وتسريع تبخير الماء. نظرًا لتصميم الهيكل الهرمي وانخفاض المحتوى الحراري للتبخر للمركبات النانوية من HSSG ، يمكن تحقيق معدل تبخر مرتفع يبلغ 2.9 كجم م -2 ساعة -1 وكفاءة شمسية إلى بخار بنسبة 80 ٪.

في هذا HSSG ، تنمو المركبات النانوية الهيكلية الهرمية على الركيزة الخشبية ويتم دمجها بإحكام مع الركيزة الخشبية من خلال شبكة BC من الألياف النانوية. تتشابك ألياف النانو BC مع السليلوز من الخشب الذي يشكل طبقة مخترقة في الخشب ، والتي تعمل كموثق قوي بين الخشب وطبقات nanocomposite.

يضمن هذا الهيكل النقل السريع للماء من الخشب إلى طبقات BC nanocomposite ويجعلها مرتبطة بقوة بالركيزة الخشبية ، مما يوفر الأساس الهيكلي للعزل الحراري ونقل المياه. فقاعات الزجاج عبارة عن كرات زجاجية مجوفة مجهرية توفر الأساس الهيكلي للعزل الحراري ونقل المياه.

في الجزء العلوي من الجهاز ، تحتوي الأنابيب النانوية الكربونية وطبقة النانو المركبة BC على بنية متشابكة متطورة حيث تشكل الأنابيب النانوية الكربونية والألياف النانوية السليلوزية شبكة مزدوجة من الألياف النانوية. في هذه الشبكة المزدوجة ، تعمل الأنابيب النانوية الكربونية كممتص للضوء الشمسي عالي الفعالية ويتم استخدام الألياف النانوية BC لنقل المياه وتقليل استهلاك الطاقة من التبخر.

تم تصميم هذا الهيكل متعدد الطبقات من الخشب والفقاعات الزجاجية / BC و الأنابيب النانوية الكربونية / BC لتحقيق النقل السريع للمياه ، والإدارة الحرارية ، وامتصاص الضوء الفعال وتقليل استهلاك طاقة التبخر. علاوة على ذلك ، للتحقيق المنهجي في العلاقة بين معدل التبخر وكفاءة الطاقة واستهلاك الطاقة من التبخر ، يقدم الفريق مخططًا ثنائي الأبعاد جديدًا مع خطوط إرشادية تظهر المحتوى الحراري للتبخر. تُظهر طريقة التحليل النظري هذه إمكانية تحليل مساهمات الأجزاء الوظيفية المختلفة في أجهزة توليد البخار الشمسي لمعدل التبخر.

بالمقارنة مع التقنيات الأخرى لتنقية المياه التي تعمل بالطاقة الشمسية ، تتمتع HSSG بميزة كبيرة على معدل التبخر وكفاءة الطاقة والاستدامة والتكلفة ، مما يجعلها تقنية واعدة لتنقية المياه في المستقبل.

السابق
لغز القطب الجنوبى القديم
التالي
الموجات الزلزالية

اترك تعليقاً