Цікава цеолітна сонячна енергетична система

Молекули води є всюдисущою речовиною на планеті. Проте, за даними ООН, понад 2 мільярди людей не мають доступу до безпечної питної води, а понад 2,3 мільярда людей, або 30 відсотків населення світу, не мають достатньої кількості їжі протягом усього року.

Дослідники з Королівського університету науки і технологій імені Абдулли (KAUST) у Саудівській Аравії розробили систему, яка використовує відпрацьоване тепло сонячних панелей для вилучення рідкої води з водяної пари в повітрі. Система є самопідтримуваною системою, яка поєднує воду/виробництво електроенергії/рослинництво. Результати дослідження опубліковано в номері журналу Cell Reports Physical Sciences за 1 березня 2022 року.

Відомо, що сонячна енергія неефективна, оскільки менше 20 відсотків сонячної енергії, що потрапляє на сонячні панелі, перетворюється на електрику. Залишок стає відпрацьованим теплом, що утворюється під час процесу виробництва електроенергії, що ще більше знижує ефективність виробленої електроенергії.

Дослідницька група розробила систему, яка використовує це відпрацьоване тепло для виробництва води. Система використовує гідрогелі, над якими дослідницька група працювала деякий час. Цеоліти є високогігроскопічними, пористими структурами з взаємопов’язаними полімерними структурами, які можуть зберігати велику кількість молекул води всередині. Цеоліти не потребують дуже високих температур для виділення води. Відпрацьоване тепло, що виділяється сонячними панелями, лише приблизно на 50 градусів за Цельсієм вище температури повітря, але цього достатньо, щоб вивільнити молекули води з гідрогелю.

Розроблена система може перемикатися між двома режимами. Одним з них є режим охолодження, при якому гідрогель завжди піддається зовнішньому повітрю. Вночі гідрогель поглинає водяну пару з повітря, а наступного дня, коли з’являється сонце, відпрацьоване тепло сонячних батарей вивільняє водяну пару. Використання теплової енергії для охолодження сонячних панелей і підвищення ефективності виробництва електроенергії.

У режимі рослинництва гідрогель потрапляє в атмосферу лише вночі та закривається вдень. Молекули води, зібрані вночі, випаровуються і конденсуються в камері протягом дня, утворюючи рідку воду. Цю воду можна використовувати як воду для поливу рослинницьких об’єктів.

У тримісячному демонстраційному експерименті сонячні панелі збільшили виробництво електроенергії в режимі охолодження до 9,9 відсотка. Крім того, воду, отриману в режимі рослинництва, можна використовувати для вирощування таких культур, як капуста. Електроенергія, вироблена сонячними панелями, не використовується для виробництва води чи росту рослин.

Система може виробляти два важливі ресурси, воду та електроенергію, одночасно, потенційно сприяючи зв’язку вода/енергія/їжа. Однак дослідники кажуть, що на даному етапі НРС потребують достатньо коштів для придбання високотехнологічних рішень. Вирішуючи, як встановити їх за низькими витратами, вони шукають підтримки від урядів і неурядових організацій, але майбутнє невизначене.