Specialiștii de la MIT au testat un material menit să eficientizeze energia solară concentrată
O nouă structură provenită de la un material dezvoltat de MIT generează abur sub lumina solară. Materialul — un strat de grafit cu o bază din spumă de carbon — este un izolator cu o structură poroasă, care plutește pe apă. Atunci când lumina soarelui atinge suprafața materialului, se creează un punct fierbinte în grafit, iar apa iasă prin porii sistemului, emanând abur. Dacă lumina e puternică, structura generează mai mult abur.
Noul material este capabil să convertească 85% din energia solară care intră în abur — o îmbunătățire semnificativă față de abordările recente privind producerea de abur cu ajutorul sistemelor solare. La fel de important, materialul pierde foarte puțină căldură și poate produce abur intens chiar și în momentele în care energia solară e relativ scăzută, scrie phys.org
Acest lucru ar însemna că, în cazul în care noua invenție va fi folosită la scară largă, nu va mai fi nevoie de sisteme complexe, costisitoare pentru concentrarea lumii solare.
Hadi Ghasemi de la Departamentul de Inginerie Mecanică MIT spune că structura poroasă poate fi realizată din materiale relativ ieftine — un avantaj major pentru o varietate de aplicații solare.
„Aburul este important pentru desalinizare, sistemele de igienă și sterilizare,” spune Ghasemi, șeful echipei care a dezvoltat structura. „În special în zonele îndepărtate, unde soarele este singura sursă de energie, generarea aburului cu ajutorul energiei solare ar fi foarte utilă.”
Sistemele solare masive sunt costisitoare și ineficiente
Astăzi, generarea aburului cu ajutorul energiei solare implică sisteme vaste de oglinzi sau lentile care concentrează lumina soarelui și încălzirea unor volume mari de lichid la temperaturi suficient de ridicate pentru a produce abur. Cu toate acestea, aceste sisteme complexe au pierderi semnificative de căldură, ceea ce duce la producerea de abur într-un mod ineficient.
Recent, oamenii de știință au căutat modalități de a îmbunătăți eficiența producerii energiei solare termice prin dezvoltarea unor noi receptoare solare cu nanofluide. A doua abordare implică amestecarea apei cu nanoparticule care se încălzesc repede atunci când sunt expuse la lumina soarelui, vaporizând moleculele de apă din jur sub forma unui abur. Totuși, inițierea acestei reacții necesită lumină solară intensă, de aproximativ 1.000 de ori mai mare față de o zi însorită.
Prin contrast, abordarea MIT generează abur la o intensitate solară de aproximativ 10 de ori mai mare față de cea generată într-o zi însorită, cea mai mică concentrație de până acum. Cercetătorii spun că aplicațiile care generează abur pot funcționa cu o concentrare a lumii soarelui mai mică și cu sisteme de urmărire mai puțin costisitoare.
Cum funcționează materialul specialiștilor de la MIT
Abordarea este relativ simplă: Deoarece aburul este generat la suprafața unui lichid, Ghasemi a căutat un material care ar putea absorbi eficient lumina soarelui și, totodată, unul care poate genera abur la suprafața unui lichid.
După numeroase studii cu mai multe materiale, el a conceput o structură subțire, cu două straturi, în formă de disc.
Stratul superior este realizat din grafit exfoliat prin plasarea materialului într-un cuptor cu microunde. Efectul, spun oamenii de știință, este „la fel ca la popcorn”: Grafitul se transformă în bule, formând un cuib de fulgi. Rezultatul este un material foarte poros, care poate absorbi și reține mai bine energia solară.
Stratul inferior al structurii este o spumă de carbon care conține perne de aer pentru a menține pe linia de plutire spuma și acționează ca un izolator, prevenind pierderea căldurii. Spuma conține, de asemenea, pori foarte mici, care permit apei să se strecoare prin structură.
Când lumina soarelui atinge materialul, se creează un punct fierbinte în stratul de grafit, generând o presiune care atrage apa prin spuma de carbon. Deoarece apa se infiltrează în stratul de grafit, căldura concentrată în acesta transformă apa în abur. Structura funcționează mai mult ca un burete care, atunci când este pus în apă, într-o zi fierbinte, poate absorbi în mod continuu și poate evapora lichid.
Cercetătorii au testat structura prin plasând-o într-o cameră cu apă și expunând-o la un simulator solar — o sursă de lumină solară care simulează diferite intensități ale radiației solare. Ei au descoperit că materialul a fost capabili să convertească 85% din energia solară, la o intensitate solară de 10 ori mai mare decât într-o zi însorită obișnuită.
Ghasemi spune că structura poate fi chiar mai eficientă, în funcție de tipul de materiale folosite.
„Pot exista diferite combinații de materiale care pot fi utilizate în aceste două straturi, care pot duce la randamente mai mari, la concentrații mai mici”, punctează Ghasemi.
Roxana Muntean
