El nuevo condensador extrae agua del aire, incluso bajo el sol

El nuevo condensador extrae agua del aire, incluso bajo el sol

abril 4, 2021 0 Por RenzoC

El acceso al agua potable es un problema urgente para muchas personas en todo el mundo. Incluso en áreas con grandes recursos hídricos, la falta de infraestructura o energía confiable significa que purificar el agua a veces es extremadamente difícil.

Es por eso que un condensador de vapor de agua diseñado por ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison podría ser revolucionario. A diferencia de otros condensadores de vapor radiativo que solo pueden funcionar de noche, el nuevo diseño funciona con luz solar directa y no requiere entrada de energía.

«La sostenibilidad del agua es un problema mundial», dice Zongfu Yu, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en UW-Madison. «No se puede decidir resolver el problema del agua sin ocuparse de la energía».

Yu, con el profesor Qiaoqiang Gan de la Universidad de Buffalo y sus estudiantes, describieron el nuevo condensador de vapor radiativo esta semana en las actas de la revista de la Academia Nacional de Ciencias.

La idea del enfriamiento radiativo no es nueva. De hecho, es utilizado en la naturaleza por insectos como el escarabajo oscuro que se encuentra en el desierto de Namib en el suroeste de África. Durante las noches despejadas, cuando la temperatura ambiente es fría, las conchas de los escarabajos oscuros difunden el calor adicional en el rango del infrarrojo medio, también conocido como ventana de transparencia atmosférica. Ese calor se irradia naturalmente a la fría atmósfera superior de la Tierra y al frío vacío del espacio.

Esta pérdida de calor reduce la temperatura del escarabajo por debajo del punto de rocío, o la temperatura a la que el vapor de agua en el aire se condensa en gotas en superficies más frías (piense en un vaso de té helado en un día caluroso). Luego, el escarabajo puede recolectar esa agua, usando ranuras y estructuras especiales para dirigir la humedad a su boca.

Foto cortesía del Laboratorio de Fotónica en UW – Madison«>

Agua condensada de burbujas de aire en la superficie de un nuevo condensador de vapor de agua diseñado por ingenieros de UW-Madison. FOTOS CORTESÍA DE UW – MADISON PHOTONICS LABORATORY

Durante las últimas décadas, los investigadores han diseñado colectores de rocío basados ​​en el mismo principio, utilizando materiales especiales que dispersan el calor de manera tan eficiente como lo hace el caparazón de la cucaracha. El problema es que esos colectores solo funcionan de noche, ya que la luz solar produce más calor del que pueden emitir los materiales.

En este proyecto, el equipo, dirigido por el investigador postdoctoral UW-Madison Ming Zhou y apoyado por la National Science Foundation, construyó un pequeño condensador de vapor utilizando una película delgada de material llamado polidimetilsiloxano, que es muy eficiente para liberar radiación térmica en la atmósfera. ventana de transparencia. Lo superpusieron sobre plata, que refleja la luz del sol. La combinación de los dos puede enfriar el condensador por debajo del punto de rocío, lo que produce condensación.

Zhou probó el dispositivo colocándolo dentro de una cámara de condensación junto a cámaras que contienen un material recolector de rocío disponible comercialmente, así como un simple «cuerpo negro», un objeto utilizado para comparaciones experimentales debido a la forma consistente en que absorbe y emite radiación. El equipo bombeó aire humidificado a las tres cámaras, que colocaron en la parte superior de un edificio de UW-Madison y, durante otra prueba, en un estacionamiento. El polidimetilsiloxano era el único material que condensaba el vapor de agua mientras estaba expuesto a la luz solar directa.

«Básicamente, nuestro condensador radiativo está diseñado para estar en ‘contacto térmico’ con el vasto depósito frío en la atmósfera superior y el espacio exterior», dice el coautor Mikhail Kats, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en UW-Madison. Radiación infrarroja experto en gestión. «La capacidad de enfriamiento obtenida a través de este contacto térmico permite que el agua se condense durante el día sin la necesidad de una fuente de energía externa».

Otra ventaja es que el polidimetilsiloxano está ampliamente disponible y es relativamente económico, y no se requiere el soporte de plata para que funcione el condensador.

Cortesía de UW-Madison College of Engineering«>

«La sostenibilidad del agua es un problema mundial», dice Zongfu Yu, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en UW-Madison. «No se puede decidir resolver el problema del agua sin ocuparse de la energía». CORTESÍA DE UW – MADISON COLLEGE OF ENGINEERING

“El costo y la disponibilidad de materiales fue la barrera para este tipo de aplicación. Pero ese no es el caso en nuestro sistema, que está mucho más cerca de la realidad «, dice Gan.

Yu y Gan esperan comercializar el condensador a través de su empresa Sunny Clean Water LLC combinándolo con otro proceso pasivo que han estudiado, la generación de vapor solar. Su idea es crear un sistema en el que se vaporice agua sin tratar o incluso agua de mar, y luego pasarla por el condensador para purificarla utilizando el sol como única fuente de energía.

En última instancia, el equipo espera que el sistema sea lo suficientemente eficiente como para producir agua directamente del aire. Es un proceso en el que están trabajando para optimizar.

«Este experimento se realizó utilizando vapor de agua controlado», dice Yu. “Ahora, el siguiente paso es sacar el agua directamente del aire. Es muy, muy emocionante para nosotros: obtener agua del aire gratis sin usar energía «.

Otros autores de UW-Madison incluyen al profesor de ingeniería eléctrica e informática Zhenqiang Ma y los estudiantes Alireza Shahsafi, Yurui Qu y Zhenyang Xia. Haomin Song de la Universidad de Buffalo, Xingyu Xu de la Universidad de Tsinghua, Jia Zhu de la Universidad de Nanjing y Boon Ooi de la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah también contribuyeron al estudio.

ESTA INVESTIGACIÓN FUE APOYADA POR SUBVENCIONES DE LA FUNDACIÓN NACIONAL DE CIENCIAS (CMMI-156197, CBET 1932843 Y ECCS-1750341).