Diagrama de tres estrategias generales para construir sistemas eficientes de evaporación solar interfacial para aliviar la escasez mundial de agua dulce. Crédito: Nano Research Energy, Tsinghua University Press
La tecnología ISE ofrece soluciones sostenibles para la producción de agua limpia, y los investigadores proponen estrategias para aplicaciones prácticas.
La evaporación solar interfacial (ISE) es una tecnología de desalinización prometedora que aprovecha la energía solar para purificar el agua de una manera sostenible y respetuosa con el medio ambiente. Los investigadores publicaron recientemente un estudio de revisión en la revista Nano Research Energy que examina las estrategias para construir sistemas ISE eficientes. Ofrecen cinco recomendaciones para hacer avanzar la tecnología hacia aplicaciones prácticas, incluida la introducción de nuevas fuentes de energía, la exploración de nuevos materiales fototérmicos, la creación de diseños innovadores de evaporadores fototérmicos, la mejora de la producción de agua en espacios limitados y el desarrollo de sistemas ISE a gran escala. El equipo cree que el ISE tiene el potencial para resolver los problemas globales de escasez de agua dulce, pero reconoce que se necesita más trabajo para avanzar en las aplicaciones del mundo real.
El agua dulce es esencial para la vida humana y la escasez de agua dulce es un problema crítico en algunas partes del mundo en la actualidad. En los últimos años, los científicos han realizado grandes esfuerzos para desarrollar tecnologías de desalinización que permitan producir agua limpia a partir del agua de mar. La evaporación solar interfacial (ISE) es una tecnología que promete ayudar a aliviar la escasez de agua dulce en el mundo. Un equipo de investigadores llevó a cabo un estudio para revisar las estrategias disponibles para construir sistemas ISE eficientes.
Su trabajo fue publicado recientemente en la revista Nano Research Energy.
El artículo del equipo examina el nexo energético en evaporadores solares bidimensionales y tridimensionales y analiza las estrategias de diseño y fabricación de sistemas ISE altamente eficientes. Su trabajo resumido ofrece perspectivas para guiar el diseño futuro de los sistemas ISE hacia aplicaciones prácticas.
ISE es una tecnología de desalinización que produce agua dulce a través de un proceso ecológico y sostenible. Con esta tecnología, se aprovecha la energía solar para evaporar y purificar el agua. La tecnología utiliza evaporadores fototérmicos para convertir el calor de la luz solar y localizarlo en la superficie de evaporación para generar vapor de manera eficiente en lugar de disiparlo en el agua y el medio ambiente.
Las tecnologías tradicionales de desalinización, como la filtración por membranas y la destilación térmica, consumen grandes cantidades de electricidad derivada de combustibles fósiles, por lo que no se consideran respetuosas con el medio ambiente. Los científicos continúan buscando nuevas tecnologías de desalinización que utilicen fuentes de energía verdes y sostenibles. El trabajo reciente en tecnologías ISE se ha centrado principalmente en optimizar la gestión de energía. Los investigadores mejoraron el diseño del material fototérmico y del evaporador con el objetivo de lograr un uso más eficiente de la energía. Esto se logra a través de tres caminos: minimizando la pérdida de energía del sistema de evaporación hacia el medio ambiente, extendiendo la entrada de energía del medio ambiente para mejorar el proceso de evaporación y reduciendo la entalpía de evaporación para que el proceso de vaporización sea más eficiente.
La revisión del equipo resume sistemáticamente estas vías para mejorar el rendimiento práctico de la evaporación solar. «Hemos demostrado claramente que la tasa de evaporación se puede mejorar significativamente mediante la aplicación de materiales con conversión de luz a calor altamente eficiente o mediante el diseño de la estructura de evaporadores de última generación con estrategias inteligentes de gestión de energía», dijo Li Yu, profesor de la Universidad de Tecnología de Shenzhen.
“Los principios clave para lograr una evaporación solar altamente eficiente incluyen evitar la pérdida de energía de los sistemas de evaporación hacia el medio ambiente, expandir la entrada de energía del aire circundante y la masa de agua, aprovechar al máximo la energía ya existente en la evaporación y disminuir la tasa de evaporación. . entalpía”, dijo Haolan Xu, profesor de la Universidad de Australia del Sur.
El equipo ofrece cinco recomendaciones a tener en cuenta al trasladar los sistemas ISE de próxima generación a aplicaciones prácticas:
La primera recomendación es introducir nuevas fuentes de energía para el ISE. Dado que la intensidad de la luz solar varía significativamente, es importante explorar nuevas fuentes de energía para los sistemas ISE de todo el día, todo clima y todas las estaciones.
La segunda recomendación es explorar continuamente nuevos materiales fototérmicos. El equipo sugiere que la siguiente etapa del desarrollo de materiales fototérmicos debe centrarse en maximizar el uso de energía térmica tanto a macroescala como a micronanoescala.
La tercera recomendación es explorar diseños innovadores para evaporadores fototérmicos. Estos evaporadores de última generación deben maximizar la recolección de energía y la evaporación de agua mientras mejoran el flujo de agua para garantizar un suministro y evaporación de agua equilibrados.
La cuarta recomendación es mejorar la producción de agua en un espacio limitado. En un sistema ISE, la evaporación y la recolección de agua son dos partes principales. Aunque los investigadores han logrado tasas de evaporación solar muy altas, rara vez se informa de una recolección de agua altamente eficiente. Los sistemas ISE de última generación deben tener un módulo de evaporación de agua excelente y un módulo de condensación de vapor eficiente que quepa en un espacio compacto.
La quinta recomendación del equipo se centra en la importancia de desarrollar sistemas ISE a gran escala para aplicaciones prácticas como la desalinización de agua de mar y el tratamiento de aguas residuales. Sugieren que los evaporadores pequeños se produzcan como unidades y se ensamblen para formar un sistema interconectado más grande.
Mirando hacia el futuro, el equipo ve el potencial de las tecnologías ISE, proporcionando aplicaciones prácticas para abordar el problema de la escasez de agua dulce. “En el contexto actual de escasez global de agua limpia y defensa de tecnologías bajas en carbono, ISE ahora se acepta como una de las tecnologías más prometedoras para resolver los problemas globales de escasez de agua limpia. Sin embargo, todavía queda un largo camino por recorrer para impulsar las aplicaciones del mundo real de la tecnología ISE», dijo Yingying Zhang, profesor de la Universidad de Tsinghua.
Referencia: «Estrategias recientes para construir sistemas de evaporación solar interfacial eficientes» por Yida Wang, Junqing Hu, Li Yu, Xuan Wu, Yingying Zhang y Haolan Xu, 28 de marzo de 2023, Nano Research Energy.
DOI: 10.26599/NRE.2023.9120062
El equipo de investigación incluye a Yida Wang de la Universidad de Tsinghua y la Universidad de Australia del Sur; Junqing Hu y Li Yu de la Universidad Tecnológica de Shenzhen; Xuan Wu y Haolan Xu de la Universidad de Australia Meridional; y Yingying Zhang de la Universidad de Tsinghua.
La investigación está financiada por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Básico Clave, el Proyecto de Investigación de Ciencia y Tecnología de Shenzhen y el Consejo de Investigación de Australia.
