Generatore di Vapore Solare Stampato in 3D Facilita la Desalinizzazione
Ricerca e Sviluppo Innovativi
Un team di ricercatori a Singapore ha sviluppato generatori di vapore solare (SSG) bioispirati, stampati in 3D, per la desalinizzazione, affrontando l’imminente scarsità di acqua dolce nel mondo. Questi SSG rappresentano una promettente soluzione per la desalinizzazione dell’acqua di mare, un processo tipicamente costoso e ad alta intensità energetica. Utilizzando l’energia solare, questi dispositivi imitano il ciclo naturale dell’acqua per evaporare e isolare l’acqua, ma sono stati limitati dalla necessità di topologie complesse per aumentare l’area di superficie e migliorare l’efficienza dell’evaporazione.
Ispirazione Bio
Per superare queste limitazioni, il team ha tratto ispirazione dagli alberi e ha sfruttato il potenziale della stampa 3D. In un articolo pubblicato su Applied Physics Reviews, i ricercatori presentano una tecnologia all’avanguardia per produrre SSG efficienti e introducono un nuovo metodo per stampare nanocompositi funzionali utilizzando la fusione multi-getto (MJF).
“Abbiamo creato SSG con prestazioni fototermiche eccezionali e proprietà autopulenti,” ha affermato Kun Zhou, professore di ingegneria meccanica presso la Nanyang Technological University. “Utilizzando una struttura porosa simile a un albero, miglioriamo significativamente i tassi di evaporazione dell’acqua e assicuriamo un funzionamento continuo evitando l’accumulo di sale. Le prestazioni rimangono relativamente stabili anche dopo test prolungati.”
Tecnologia e Processo
Il funzionamento degli SSG si basa sulla conversione dell’energia solare in energia termica. Gli SSG assorbono l’energia solare, la convertono in calore e evaporano l’acqua o l’acqua di mare. La struttura porosa degli SSG aiuta a migliorare l’autopulizia rimuovendo il sale accumulato, garantendo prestazioni di desalinizzazione sostenute.
“Utilizzando un agente fototermico efficace, la tecnologia di stampa MJF può creare rapidamente parti con design intricati,” ha spiegato Zhou. “Per migliorare l’efficienza della conversione fototermica degli agenti di fusione e delle parti stampate, abbiamo sviluppato un nuovo tipo di agente di fusione derivato da framework metallo-organici.”
Design Bioispirato
Gli SSG del team sono ispirati alla traspirazione delle piante e sono composti da microstrutture a forma di albero, formando una foresta efficiente che distribuisce il calore. “Il nostro design bioispirato aumenta l’area di superficie degli SSG,” ha detto Zhou. “Utilizzando un design simile a un albero, miglioriamo il trasporto dell’acqua e aumentiamo l’efficienza dell’evaporazione.”
Risultati e Prospettive
Un aspetto sorprendente è stato l’elevato tasso di evaporazione dell’acqua osservato sia in ambienti simulati che in prove sul campo. L’acqua desalinizzata ha costantemente soddisfatto gli standard per l’acqua potabile, anche dopo test prolungati.
“Ciò dimostra la praticità e l’efficienza del nostro approccio,” ha affermato Zhou. “E può essere rapidamente e facilmente prodotto in massa tramite stampanti commerciali MJF.”
Il lavoro del team mostra un significativo potenziale per affrontare la scarsità di acqua dolce. “I nostri SSG possono essere utilizzati in regioni con accesso limitato all’acqua dolce per fornire una soluzione di desalinizzazione sostenibile ed efficiente,” ha detto Zhou. “Oltre alla desalinizzazione, può essere adattato per altre applicazioni che richiedono una conversione efficiente dell’energia solare e la purificazione dell’acqua.”
Articolo e Pubblicazione
L’articolo intitolato “3D printing of bio-inspired porous polymeric solar steam generators for efficient and sustainable desalination” è stato scritto da Yanbei Hou, Ming Gao, Xueyu Bai, Lihua Zhao, Hejun Du e Kun Zhou e sarà pubblicato su Applied Physics Reviews il 23 luglio 2024 (DOI: 10.1063/5.0200505).
Informazioni sulla Rivista
Applied Physics Reviews pubblica articoli su temi significativi e attuali nella ricerca sperimentale o teorica in fisica applicata, o in applicazioni della fisica ad altri rami della scienza e dell’ingegneria. La rivista pubblica sia ricerche originali su studi pionieristici di ampio interesse per la comunità della fisica applicata, sia recensioni su aree consolidate o emergenti della fisica applicata.
