Исследователи с факультета машиностроения Массачусетского технологического института утверждают, что создали губчатую структуру, которая помогает преобразовывать воду в пар при помощи солнечного света. Причём яркости требуется в сотню раз меньше, чем для обычных солнечных парогенераторов. Состоит этот материал из графитовых хлопьев и углеродной пены и, как сообщается, может конвертировать более 85% получаемой солнечной энергии в пар.
На практике получается пенокомпозит — пористый изоляционный материал, который плавает по поверхности воды, принимает солнечную энергию и испаряет жидкость в виде пара. Чем ярче светит солнце, тем больше пара образуется. При этом пористая губка очень мало теряет тепла в процессе преобразования и поэтому может генерировать пар при низкой солнечной активности.
После ряда экспериментов учёные обнаружили, что лучший способ максимизировать свойства удерживания тепла в верхнем слое — это отшелушивание графита при нагревании в микроволновой печи, что и заставляет его пузыриться.
Результатом стал чрезвычайно проницаемый верхний слой. Нижний же слой (углеродная пена) содержит сотни крошечных воздушных карманов, которые позволяют материалу удерживаться на поверхности воды и предотвращают потерю тепла через воду.
Пена также пронизана крошечными порами, что имеет ключевое значение для генерации пара. Они позволяют воде при появлении тепла проходить через материал, как по капиллярам.
Таким образом, когда солнечный свет освещает и нагревает материал, генерируется перепад давления между пеной и воздухом, благодаря которому вода всасывается в углерод и поступает в графитовый слой. Когда вода впитывается в графит, тепло, сосредоточенное в этом материале, преобразует её в пар.
"Новая структура важна для опреснения, систем гигиены и стерилизации, – рассказывает один из создателей студент Хади Гасеми (Hadi Ghasemi). – Особенно это актуально для отдаленных районов, где солнце является единственным источником энергии, и умение произвести пар с помощью солнечной энергии может быть весьма полезным".
Создатели также утверждают, что губчатый материал может быть изготовлен из сравнительно дешёвых материалов и будет пригоден для создания новой серии недорогих, компактных паровых аппаратов.
В этих двух слоях могут быть использованы различные комбинации материалов, что позволит повысить эффективность при более низких концентрациях. Этот метод значительно лучше обычных методов производства пара, основанных на солнечных концентраторах.
Возможно, с помощью данной разработки паровые системы будущего станут гораздо дешевле, а процессы создания, запуска и поддержки таких систем будет куда проще.
Подробности исследования учёных MIT были опубликованы в издании Nature Communications.
Также по теме:
Поставлен мировой рекорд в создании солнечного сверхкритического пара
Ковёр для морского дна поможет использовать энергию волн
Композитные материалы научили самовосстанавливаться много раз
Новая изменчивая поверхность помогает снизить сопротивление воздуха
Минерал перовскит произведёт революцию в солнечной энергетике
