Naukowcy w Arabia Saudyjska stworzyli nowe urządzenie, które gromadzi wodę atmosferyczną w celu chłodzenia ogniw słonecznych bez użycia prądu. Ta zrównoważona technologia zapewnia również obniżone koszty operacyjne i może podwoić tempo zbierania wody w suchych regionach.
Znaczące inwestycje Arabii Saudyjskiej w technologię ogniw słonecznych, w połączeniu z dużą ilością światła słonecznego, skutecznie zapewniły jej pozycję głównego eksportera energii odnawialnej. Energia słoneczna stanowi obecnie ponad 80% produkcji energii odnawialnej w Królestwie. Istnieje jednak nieodłączny paradoks: ogniwa słoneczne są narażone na przegrzanie ze względu na intensywną pracę. Aby temu zaradzić, niezbędne są systemy chłodzenia, chociaż wiele z tych systemów nadal opiera się na energii elektrycznej.
Innowacyjne rozwiązanie chłodzące
Międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez profesora KAUST Qiaoqiang Gan opracował potencjalne rozwiązanie. Ich urządzenie nie potrzebuje prądu, ponieważ pobiera wodę z powietrza wyłącznie za pomocą grawitacji i wykorzystuje tanie, łatwo dostępne materiały. Oprócz utrzymywania chłodu ogniw słonecznych i innych technologii półprzewodnikowych, wodę można ponownie wykorzystać do nawadniania, mycia, chłodzenia budynków, w których umieszczone są ogniwa słoneczne, i do innych zastosowań.
Postęp w pozyskiwaniu wody atmosferycznej
Naukowcy szacują, że atmosfera zawiera sześć razy więcej wody niż cała słodka woda w rzekach razem wzięta. „Wodę tę można zbierać za pomocą technologii pozyskiwania wody atmosferycznej” – mówi Gan. Chociaż technologie te sprawdzają się dość dobrze, w suchych środowiskach, takich jak Arabia Saudyjska, wymagają energii elektrycznej do zebrania praktycznych ilości wody. Zapotrzebowanie to może zniechęcić do stosowania ogniw słonecznych w wiejskich regionach Królestwa, gdzie infrastruktura elektroenergetyczna jest kosztowna.
Większa wydajność dzięki nowej powłoce
Jednym z powodów niskiej wydajności jest to, że woda przylega do powierzchni urządzenia zbierającego. Profesor Dan Daniel i Shakeel Ahmad, postdoktor w grupie Gana, odkryli, że dodając powłokę smarującą będącą mieszanką dostępnego na rynku polimeru i oleju silikonowego, mogliby zebrać więcej wody, opierając się wyłącznie na grawitacji.
„Częstym wyzwaniem w systemach gromadzenia wody atmosferycznej jest to, że kropelki wody mają tendencję do utrzymywania się na powierzchni [of the device]co wymaga aktywnego gromadzenia kondensatu. Nasza powłoka skutecznie wyeliminowała przypinanie, umożliwiając prawdziwie pasywne zbieranie wody napędzane przez wodę” – mówi Ahmad. „Ponieważ ten system działa całkowicie w oparciu o pasywne chłodzenie radiacyjne, nie zużywa żadnej energii elektrycznej.”
Rozwiązanie bazuje na wcześniejszej technologii Gana, którą określa jako „pionową architekturę dwustronną”. System ten został pierwotnie zaprojektowany tak, aby odbijać ciepło termiczne z powrotem do nieba, aby chłodzić ogniwa słoneczne, ale nie do wychwytywania wytwarzanej wody.
Korzyści ekonomiczne i środowiskowe
Nowe urządzenie zostało przetestowane sześć razy w ciągu roku w warunkach naturalnych w mieście Thuwal, około 100 km na północ od Jeddah i mogło niemal dwukrotnie zwiększyć szybkość zbierania wody w porównaniu z alternatywnymi technologiami pozyskiwania wody atmosferycznej.
Oprócz wydajności gromadzenia wody Daniel jest równie podekscytowany korzyściami ekonomicznymi wynikającymi z adopcji.
„System nie zużywa energii elektrycznej, co prowadzi do oszczędności energii. Co więcej, nie opiera się na żadnych częściach mechanicznych, takich jak sprężarki czy wentylatory, co ogranicza konserwację w porównaniu z tradycyjnymi systemami i prowadzi do dalszych oszczędności” – powiedział.
Odniesienie: „Powierzchnia smarowana w pionowej dwustronnej architekturze do chłodzenia radiacyjnego i gromadzenia wody atmosferycznej” autorstwa Shakeela Ahmada, Abdula Rahima Siddiqui, Kaijie Yang, Ming Zhou, Hafiza Muhammada Ali, Rifana Hardiana, Gyorgy’ego Szekely’ego, Dana Daniela, Shu Yang i Qiaoqiang Gan, 06 września 2024 r., Zaawansowane materiały.
DOI: 10.1002/adma.202404037
Wraz z Ganem i Danielem profesor nadzwyczajny KAUST Gyorgy Szekely wniósł wkład w badanie, które zostało opublikowane w Advance Materials. Projekt ten jest jednym z wielu realizowanych w nowym Centrum Doskonałości Energii Odnawialnej i Zrównoważonych Technologii KAUST.
