Noile panouri solare generează apă din aer Traducere
Cel mai recent raport IPCC este clar: schimbările climatice au redus securitatea alimentară și accesul la apă pentru milioane de oameni, iar situația va continua să se agraveze fără acțiuni decisive din partea noastră. Până în 2050, ONU estimează că unul din patru oameni se va confrunta cu deficit de apă, atât pentru băut, cât și pentru agricultură. Pe de altă parte, conform ONU, o aprovizionare stabilă cu apă, energie regenerabilă și alimente sunt cei mai esențiali trei factori pentru viața de astăzi. Cu toate acestea, o parte a populației lumii încă nu are acces la apă curată și surse de energie curată. În aceste condiții, cercetătorii au creat un sistem solar care crește eficient plantele folosind apa din aer și generează electricitate în acest proces.
La nivel global, se estimează că 2 miliarde de oameni nu au acces la apă curată, 800 de milioane nu au acces la electricitate și 700 de milioane trăiesc în foamete constantă.
De aceea, în 2015, Națiunile Unite au adoptat 17 Obiective de Dezvoltare Durabilă (ODD), cunoscute și sub denumirea de Obiective Globale. Toate aceste obiective sunt integrate, de ex. legate între ele: intervenția într-un domeniu afectează rezultatele în altele. Nu în ultimul rând, ele urmăresc să pună capăt sărăciei, să protejeze planeta și să se asigure că până în 2030 toți oamenii trăiesc în pace și prosperitate.
Atingerea ODD-urilor până în acest moment va depinde în mare măsură de modul de îmbunătățire a vieții a miliarde de oameni, dintre care majoritatea trăiesc în Africa rurală, aridă sau semi-aridă, Asia de Sud și Orientul Mijlociu. Având în vedere aceste obiective și contextul geografic (clima, zone îndepărtate de marile orașe), abordările descentralizate și considerabile sunt considerate în prezent cele mai potrivite pentru furnizarea rentabilă a energiei electrice și a apei în aceste zone rurale.
S-a remarcat anterior că colectarea apei atmosferice cu ajutorul energiei solare este capabilă să satisfacă nevoia de apă potabilă – 5 litri pe zi pe cap de locuitor – a peste două miliarde de oameni din întreaga lume. Alte studii vorbesc, de asemenea, despre utilizarea umidității din mediu pentru recuperarea energiei, agricultura urbană autosuficientă și sistemele de management al umidității în afara rețelei. Astfel, utilizarea apei atmosferice ca resursă alternativă de apă pare promițătoare. Într-adevăr, atmosfera stochează permanent peste 12.900 de miliarde de tone de apă potabilă proaspătă. Această apă este completată în mod constant în timpul ciclului apei.
În această direcție, prezentul studiu, publicat în jurnal Cell Reports Physical Science, care combină producția de apă dulce, generarea de energie și producția de culturi. Pentru a face acest lucru, cercetătorii se bazează pe rezultatele mai multor studii anterioare asupra căldurii generate de panourile fotovoltaice. Pe de o parte, au demonstrat posibilitatea obținerii apei proaspete din apa de mare folosind căldura reziduală de la o baterie solară, conform principiului distilării. Cu alte cuvinte, această căldură încălzește apa care, prin evaporare, este purificată din reziduurile de sare printr-un sistem de distilare (filtrare) conectat la panou. Pe lângă aceste rezultate inițiale, au dezvoltat o tehnică de răcire a acestor panouri solare. Pentru a face acest lucru, au folosit un ciclu de adsorbție și desorbție a vaporilor de apă atmosferici datorită unui material de recuperare a apei (numit și sorbent).
De aici ideea autorilor acestui nou studiu de a propune un sistem care să combine aceste caracteristici. Sistemul constă în: captarea vaporilor de apă din aer cu un hidrogel, de obicei seara sau noaptea; utilizarea căldurii de la panou în timpul zilei pentru a evapora apa atmosferică prinsă în afara hidrogelului pentru a răci panoul; colectarea vaporilor de apă astfel formați pentru producerea de apă dulce și irigarea culturilor.
Dispozitivul experimental, numit WEC2P, a fost construit din panouri fotovoltaice industriale. Spatele acestor panouri a fost îndepărtat și acoperit cu un tratament anticoroziv, după care a fost aplicat un strat de hidrogel cu proprietăți autoadezive. S-a folosit o placă pentru a îmbunătăți contactul dintre panou și hidrogel. Aceste panouri erau înclinate la un unghi de 22 de grade față de sol și orientate spre sud. La panouri a fost conectată o tavă de colectare a apei.
Această fotografie prezintă panouri solare conectate la o cutie de cultură care conține 60 de semințe de spanac de apă. L. Renyuan și alții 2022
Ulterior, cercetătorii au folosit WEC2P pentru a efectua un test de creștere a plantelor în Arabia Saudită timp de două săptămâni în iunie, când temperaturile erau foarte ridicate. Au irigat 60 de plante de spanac de apă folosind doar apa colectată din aer.
Rezultatele au fost promițătoare: în timpul experimentului, panoul solar a generat 1.519 wați-oră de energie. 57 din 60 de semințe de spanac de apă au încolțit și au crescut constant până la 18 cm. În timpul experimentului de două săptămâni, aproximativ 2 litri de apă au fost condensați din hidrogel. Echipa a ajuns la concluzia că hidrogelul îmbunătățește eficiența panourilor solare fotovoltaice cu 9% prin absorbția căldurii și reducerea temperaturii panourilor. Următorul obiectiv este dezvoltarea unui hidrogel mai avansat, capabil să absoarbă mai multă apă atmosferică.
Designul WEC2P este astfel încât oferă două moduri ușor de comutat: răcirea panoului fotovoltaic și producția de acvacultură, care oferă mai multă flexibilitate în aplicațiile practice.
Acest principiu de funcționare al sistemului se bazează pe natura variabilă a condițiilor de mediu în timpul ciclului zi-noapte. Când umiditatea este ridicată și temperatura este scăzută (noaptea), absorbția vaporilor de apă este facilitată. Când umiditatea este scăzută și temperatura este ridicată (în timpul zilei), procesul de evaporare (și deci răcirea panourilor) este mai activ.