새로운 태양열 담수화 시스템으로 외딴 지역에 깨끗한 물 제공

여름 기온이 치솟으면서 물 부족 현상이 더욱 커지고 있습니다. 깨끗하고 식수의 가용성을 높이기 위한 가능한 솔루션으로 인도 과학 연구소(IISc)의 연구원들은 태양 에너지를 사용하여 작동할 수 있는 새로운 열 담수화 시스템을 개발했습니다.

담수화의 가장 일반적인 방법은 막 기반 역삼투압 및 열담수화입니다. 그러나 둘 다 많은 에너지를 소비합니다.

열담수화 시스템은 바닷물을 가열한 다음 생성된 증기를 응축하여 담수를 얻는 방식으로 작동합니다. 그러나 증발에 필요한 에너지는 일반적으로 전기나 화석 연료의 연소를 통해 얻습니다. 환경 친화적인 대안은 태양 에너지를 사용하여 대규모 저수지의 바닷물을 증발시키고 투명한 지붕에 응축되는 증기를 수집하는 태양열 스틸을 사용하는 것입니다. 그러나 결로가 발생하는 동안 지붕에 얇은 물층이 형성되어 저수지에 침투할 수 있는 태양 에너지의 양이 줄어들고 그에 따라 시스템의 효율성이 저하됩니다.

이러한 태양열 스틸의 대안으로 IISc 팀은 에너지 효율적이고 비용 효율적이며 휴대성이 뛰어난 태양열 담수화 장치에 대한 새로운 설계를 개발하여 지속적인 전기에 대한 접근이 제한된 지역에 설치하기 편리합니다. , 기계공학과 조교수이자 Desalination에 발표된 연구의 교신 저자인 Susmita Dash는 설명합니다.

Dash와 그녀의 박사과정 학생인 Nabajit Deka가 설계한 이 장치는 주변 공기로의 열 손실을 방지하기 위해 식염수 저장소, 증발기 및 단열 챔버 내에 밀폐된 응축기로 구성됩니다.

그들의 시스템은 태양열 에너지를 사용하여 표면 질감이 있는 증발기에 흡수되거나 "사악한" 소량의 물을 증발시키는 방식으로 작동합니다. 증발기로의 액체 흡수는 미세 규모 텍스처의 모세관 효과를 활용합니다. 이 효과를 통해 마치 스펀지가 물을 흡수하는 것처럼 액체가 다공성 물질의 좁은 공간으로 흡입될 수 있습니다. 저장소의 전체 액체 부피를 가열하는 대신 이 접근 방식을 활용하면 시스템의 에너지 효율성이 크게 향상된다고 Dash는 말합니다.

연구팀은 알루미늄으로 만들어진 증발기 표면에 작은 홈을 새겼습니다. Deka는 효율적인 흡수를 위한 올바른 패턴을 결정하기 위해 홈 치수와 간격, 표면 ​​거칠기의 다양한 조합을 실험해야 했다고 설명합니다.

연구진에 따르면 대부분의 담수화 연구에서 종종 간과되는 콘덴서는 태양광 담수화 시스템의 또 다른 핵심 요소입니다. 태양광 스틸에서처럼 응축 중 수막 형성을 방지하기 위해 Dash와 Deka는 친수성 표면과 초친수성 표면이 교대로 있는 응축기를 제작했습니다. 친수성 패턴에 응축된 물방울은 초친수성 영역으로 끌어당겨집니다. 초친수성 영역에 대한 응축수의 이러한 친화력은 친수성 표면이 새로운 응축수 배치를 위해 자유로워지는 것을 가능하게 한다고 Dash는 설명합니다.

응축 중에 일부 열이 대기로 손실됩니다. 연구원들은 응축 중에 방출되는 이 열이 응축기 뒷면에 있는 다른 증발기에서 흡수된 바닷물을 가열하는 데 갇혀 활용되도록 시스템을 설계했습니다. 이는 필요한 태양 에너지의 양을 줄이고 효율성을 높입니다. 시스템의 더욱 그렇습니다. 또한 팀은 여러 증발기-응축기 조합을 직렬로 성공적으로 연결하여 다단계 태양광 담수화 시스템을 구현했습니다. 이 시스템을 1m2의 설치 면적에 구축하면 30분마다 1리터의 식수를 생산할 수 있습니다. 이는 동일한 크기의 기존 태양열 증류기에서 생산하는 양의 최소 두 배입니다.

해수 외에도 시스템은 기수뿐만 아니라 용해된 염분이 포함된 지하수에서도 작동할 수 있습니다. 낮 동안 태양의 변화하는 위치에 맞춰 조정될 수 있습니다.