علمی، پژوهشی و فناوری

نمک‌زدایی از آب با دستگاه چاپ سه‌بعدی بخار خورشیدی ممکن شد

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری : پژوهشگران دانشگاه فناوری نانیانگ (NTU) با استفاده از فناوری چاپ سه بعدی، ژنراتور‌های بخار خورشیدی ساخته و از آن برای جداسازی نمک از آب استفاده کردند.

این دستگاه که «مولد بخار خورشیدی» (SSG) نام دارد، نویدبخش دستگاه مقرون به صرفه‌تر و کم انرژی تری است که به طور موثر آب دریا را شیرین می‌کند. 

«یان بی هو» «Yanbei Hou» مجری این تحقیقات گفت آنها از یک چارچوب فلزی- آلی جدید (MOF) در یک چاپگر همجوشی مولتی جت (MJF) سه بعدی استفاده کردند. این روش به آماده سازی مولد بخار خورشیدی (SSG) با ایجاد ساختار منافذ مویرگی کمک کرد. 

هو توضیح داد: ژنراتور زمانی کار می‌کند که ذرات اکسید آهن (Fe۳O۴) در یک لایه کربن که از MOF گرفته شده است، کپسوله شود، این کار قابلیت‌های عالی برای جذب نور خورشید و تبدیل آن به گرما ایجاد می‌کند. هنگامی که در معرض نور خورشید قرار می‌گیرد، دمای SSG افزایش می‌یابد و تبخیر آب را تسهیل می‌کند.

وی اظهار کرد: ساختار منافذ مویرگی، جذب موثر آب و پخش یکنواخت در سطح SSG را تضمین و در نتیجه انتقال موثر حرارت را برای افزایش جذب مداوم گرما و متعاقب آن تبخیر آب تسهیل می‌کند.

فناوری چاپ MJF راه را برای ابداع ساختار‌های پیچیده با سطح بسیار خاص، افزایش سطح ویژه SSG و سطح تماس بین آب و هوا و افزایش بیشتر تبخیر آب هموار کرد.

SSG چطور کار می‌کند؟

پژوهشگران سنگاپوری می‌گویند SSG نور خورشید را جذب و آن را به انرژی حرارتی تبدیل می‌کند که سپس به طور یکنواخت به آب منتقل کرده و در نتیجه گرما را جذب می‌کند و متعاقبا تبخیر می‌شود.

این دستگاه جدید نه تنها با چالش‌های موجود در فرآیند‌های رایج نمک زدایی مقابله می‌کند، بلکه هدف آن حمایت از پایداری با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی برای کاهش ردپای کربن است.

بر اساس بیانیه موسسه فیزیک آمریکا، آب شیرین شده از SSG به طور مداوم استاندارد‌های آب آشامیدنی را برآورده و کارایی سیستم را در دوره‌های طولانی اثبات می‌کند.

بنا بر اظهارات هو، میزان تبخیر آب با دستگاه چاپ شده با MJF، نسبتا ثابت مانده و به ۱.۵۵ کیلوگرم آب در هر متر مربع در ساعت می‌رسد.

وی گفت: «این نتایج نه تنها با SSG‌های پلیمری گزارش شده به طور مطلوب مقایسه می‌شوند، بلکه از اکثر داده‌ها نیز بهتر عمل می‌کنند. این دستگاه‌های تبخیر کننده پیشرفت‌های قابل توجهی را در میزان تبخیر و استفاده از انرژی نشان داده اند.»

این طرح که از تعرق گیاه الهام گرفته شده، با ریز ساختار‌های درختی شکل ساخته شده است. 

«کان ژو» «Kun Zhou» استاد مهندسی مکانیک در دانشگاه فناوری نانیانگ و از مجریان این پروژه طی بیانیه توضیح داد، طراحی زیست الهام، کارایی SSG را بالا می‌برد؛ آرایش درخت مانند، انتقال آب و همچنین بازدهی تبخیر را افزایش می‌دهد.

فناوری SSG فراتر از نمک زدایی، می‌تواند به عنوان یک وسیله گرمایش نیز استفاده شود. ساختار متخلخل از نظر تئوری دارای خواص عایق حرارتی و جذب صدا خوبی است و آن را برای کاربرد‌های عایق کاری و کاهش نویز نیز مناسب می‌کند. همچنین، قابلیت جذب آب سریع ساختار مویرگی را می‌توان برای انتقال جهت و سریع آب به کار برد.

هو تاکید کرد: «این کار‌ها از نظر تئوری امکان پذیر هستند و پتانسیل قابل توجهی برای استفاده عملی دارند.»

نتایج این تحقیقات در نشریه Applied Physics Reviews منتشر شده است.