有如瓶中黑玫瑰,新型太陽能蒸氣設備效率高、結構成本更不到 0.2 美元

作者 | 發布日期 2019 年 06 月 03 日 13:56 | 分類 太陽能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


懂研究也懂玫瑰,最近美國科學家以玫瑰為靈感,研製出結構恍若層層花瓣的輕便型低壓太陽能蒸氣系統,不僅能有效過濾水中雜質,每平方公尺每秒產生約 1.9 公升左右的淡水,花瓣結構成本更低於 0.2 美分,有望為人們與住家帶來低成本、高效率的綠色淨水設備。

淡水資源匱乏和污水處理設備昂貴是目前人們面對的挑戰之一,開發出滿足便宜、環保條件的淨水設備相當重要,其中太陽能蒸餾是種備受看好的免插電多功能設備,人們可透過光熱材料來煮沸水,當水蒸發為水蒸氣,順利分離鹽分、細菌、污垢後,人們就能收集冷凝水來飲用,或是用水蒸氣來進行消毒與殺菌,相當適合陽光充足的偏遠地區。

目前不少科學家都有涉獵太陽能蒸氣產生器研究,也有團隊打造出特殊形狀的設備,像是先前沙烏地阿拉伯阿布都拉國王科技大學就開發出「三浦摺疊」,以及杯子形狀的蒸餾設備,前者的設計能提高吸熱層表面積,後者則是可誘導雜質在杯子邊緣結成結晶,避免被結晶堵住。

而這次美國德州大學奧斯汀分校最近帶來的設計也含有摺紙元素,團隊透過有機聚合物聚吡咯薄膜(PPy,吡咯音同碧落),「摺」出玫瑰形狀的太陽能蒸氣設備。

聚吡咯除了是常見的黑色導電的聚合物,也是著名的光熱材料,能有效將陽光轉換熱能,適合應用在太陽能蒸氣設備中,不過話雖如此,不同結構、形狀會有不同的效率,團隊也是花了一番功夫才找出心目中最佳的設備。

嘗試各種形狀與結構後,帶領團隊的助理教授 Donglei (Emma) Fan 心靈福至,認為花朵的形狀或許是最理想的,而類似玫瑰的結構更能讓陽光在內部不斷反射,擴大吸熱的表面積,最終產生更多水蒸氣。

因此團隊打造出外型有如「瓶中黑玫瑰」的太陽能蒸氣設備,在設備中,水首先從上方的管線流下,玫瑰形狀的黑色聚吡咯材料會將水蒸發成蒸氣,順利將鹽分、細菌、污垢、重金屬等雜質分離,除此之外,新設備每平方公尺每秒約可生成 1.9 公升左右的淡水,花瓣結構的成本更低於 0.2 美分。研究員兼論文主要作者 Weigu Li 表示,團隊的淨化與收集系統還有包含低壓幫補,可藉此加速水蒸氣凝結速度。

團隊指出,新型設備能有效去除水中的重金屬和細菌,也可以用來進行海水淡化,最終產生出符合 WHO 標準的飲用水。Li 指出,團隊首創的玫瑰 3D 型太陽能蒸氣餾結構,將有助於家用與個人用太陽能蒸餾研究。

(首圖來源:德州大學奧斯汀分校

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