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La sfida dell'acqua potabile sicura: un nuovo sistema di purificazione dell'acqua domestico a energia solare e a basso costo

INGEGNERIA E TECNOLOGIALa sfida dell'acqua potabile sicura: un nuovo sistema di purificazione dell'acqua domestico a energia solare e a basso costo

Lo studio descrive un nuovo sistema portatile di raccolta a vapore solare con origami polimerici in grado di raccogliere e purificare l'acqua a un costo molto basso

C'è una crescente domanda globale di pulito acqua a causa della crescita demografica, dell'industrializzazione, della contaminazione e dell'esaurimento delle risorse naturali del nostro pianeta. La cottura a vapore solare è una tecnica in cui energia solare può essere utilizzato per purificare l'acqua evaporando l'acqua contaminata, ricondensandola e producendo acqua fresca e pulita. Questa tecnica è una tecnologia verde pulita, rinnovabile e sostenibile che ha il potenziale per affrontare la scarsità globale di acqua pulita utilizzando l'abbondanza di energia solare. La forza e l'efficienza di un sistema a vapore solare dipendono dalla sua progettazione e dalla scelta dei materiali fototermici. Le attuali tecnologie di produzione di vapore solare utilizzano materiali costosi e ingombranti e hanno una bassa efficienza e una produzione limitata. È rimasta una sfida migliorare le prestazioni e ridurre i costi al fine di progettare un sistema solare a vapore leggero e portatile che possa essere utilizzato direttamente dagli individui.

In un nuovo studio pubblicato il 28 maggio in Materiale avanzato i ricercatori descrivono un nuovo metodo per la cottura a vapore solare progettando un sistema portatile di raccolta a vapore solare controllato a bassa pressione a basso costo in grado di raccogliere e purificare l'acqua utilizzando l'energia della luce solare. Hanno scelto un materiale polimerico fototermico chiamato Polypyrrole (PPy) che è di natura conduttiva, è ben noto per le sue proprietà fototermiche e mostra un'elevata efficienza nella conversione della luce solare in calore termico. Ispirato al fiore di rosa, il design unico di questo sistema solare a vapore è realizzato con compositi di carta PPy origami 3D. Una "rosa PPy" costituita da fogli neri stratificati a forma di petali è stata creata tramite piegatura di origami e polimerizzazione chimica di PPy. Questa struttura origami è attaccata a un tubo infuso di cotone simile a uno stelo che raccoglie l'acqua grezza/non trattata da una fonte d'acqua e la alimenta alla struttura a rosa PPy posta sulla parte superiore. Sono stati utilizzati tubi in cotone e schiuma di polistirene per impedire il contatto diretto tra il materiale PPy e l'acqua sfusa.

Una volta che l'acqua non trattata ha raggiunto i petali, il materiale PPy nella struttura del fiore trasforma l'acqua in vapore e le impurità si separano naturalmente dall'acqua. Successivamente, il vapore acqueo deve essere condensato e quindi l'acqua pulita deve essere raccolta per l'uso. I ricercatori hanno utilizzato una condizione di bassa pressione utilizzando una pompa a vuoto portatile. Questo è stato visto per aumentare significativamente i tassi di evaporazione e raccolta dell'acqua. Una volta che l'acqua si è condensata, il vaso di raccolta in vetro compatto e robusto conserva in modo sicuro l'acqua pulita.

Gli origami 3D hanno fornito un assorbimento della luce significativamente maggiore e aree superficiali migliorate per l'evaporazione dell'acqua rispetto a un design planare 2D convenzionale. L'evaporazione dell'acqua e la velocità di raccolta sono aumentate del 52 percento grazie all'abbassamento della pressione della camera. L'origami PPy ha migliorato l'evaporazione dell'acqua del 71% e sono stati osservati anche tassi di raccolta del vapore più elevati. L'efficienza complessiva del sistema è aumentata del 91.5% con una sola fonte di luce. Il sistema è stato testato su un campione del fiume Colorado in Texas, USA. Il sistema ha rimosso la contaminazione dell'acqua sotto forma di metalli pesanti, batteri, sale e allevia l'alcalinità producendo acqua pulita secondo gli standard di consumo stabiliti dall'OMS.

L'attuale studio descrive un nuovo design razionale di un sistema portatile di raccolta del vapore solare a basso costo con materiali fototermici origami 3D che offre tassi migliorati di evaporazione dell'acqua e raccolta del vapore. Il costo di ogni struttura a forma di fiore è inferiore a 2 centesimi e può produrre con successo 2 litri di acqua pulita all'ora per metro quadrato. Questo design può essere fonte di ispirazione per fabbricare modelli unici di vapore solare per la produzione di acqua pulita.

***

{Puoi leggere il documento di ricerca originale facendo clic sul collegamento DOI indicato di seguito nell'elenco delle fonti citate}

Fonte (s)

Li, W. et al. 2019. Unisystem portatile della raccolta a vapore solare a bassa pressione con gli origami di Polypyrrole. Materiale avanzato. http://doi.org/10.1002/adma.201900720

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