Zonne-innovatie zet zout water razendsnel om in drinkwater
In Ulsan, Zuid-Korea, hebben onderzoekers van het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) een nieuw apparaat gebouwd dat ontzilting mogelijk maakt zonder externe stroomtoevoer. Het apparaat zet zonlicht in om zout water om te zetten in zoet water. Deze vinding kan de beschikbaarheid van drinkwater verbeteren in gebieden met weinig energie en beperkte toegang tot zoet water.
Een stap voor zonnegedreven ontzilting
Het UNIST-apparaat is ontworpen om op een efficiënte manier zoet water te produceren met alleen zonlicht. Zonder externe stroomvoorziening kan het apparaat ongeveer 3,42 liter zoetwater per vierkante meter per uur leveren. Het ontwerp voorkomt dat het zonbeschenen oppervlak vies wordt; zout verplaatst zich naar de rand zodat verdamping niet stopt.
Laboratoriumtests lieten zien dat het apparaat met een geavanceerd glasvezelmembraan een verdampingssnelheid van ongeveer 1,02 kg per vierkante meter per uur haalde, flink meer dan het traditionele niveau van 0,586 kg per vierkante meter per uur. Het prototype hield deze prestaties twee weken lang constant bij een zoutaanvoer van 20%.
Materialen en werking
Het apparaat gebruikt La0.7Sr0.3MnO3 als het belangrijkste fotothermische materiaal. Dit materiaal, uit de perovskietfamilie, zet licht om in warmte doordat de elektronische bandgap verkleind is, waardoor het meer zonlicht opneemt. Defecten in het kristal bevorderen dat de geabsorbeerde energie efficiënt in warmte wordt omgezet.
De warmteontwikkeling vindt precies plaats op de plek waar water en lucht elkaar raken, waardoor energieverlies minimaal blijft. Infraroodbeelden lieten zien dat het oppervlak in één uur opwarmde van ongeveer 27,8 °C naar 47,2 °C, terwijl het omringende water op omgevingstemperatuur bleef. Dat verklaart de hoge opbrengst en het geringe warmteverlies.
Slim ontwerp voor minder vervuiling en meer opbrengst
Water wordt via kleine kanalen in het membraan omhooggezogen door capillaire werking, terwijl zoutafzetting zich aan de rand concentreert. Dit ontwerp verkleint de kans dat het zonbelichte oppervlak vervuilt, verlengt de bedrijfstijd en maakt het mogelijk zout efficiënter te verzamelen, wat Zero Liquid Discharge (ZLD) kan ondersteunen.
Het prototype toonde sterke antifouling-eigenschappen in lastige omstandigheden. Tests met echt zeewater lieten zien dat de opbrengst stabiel bleef en dat het gecondenseerde water schoon was, met waarden onder de WHO-limieten voor veilig drinkwater.
Productie en praktische inzet
Voor de productie gebruikt men eenvoudige zeefdruktechnieken op een stevige fibermembraan. Meerdere evaporatoren worden samen in een behuizing geplaatst, zonder dat er zeldzame onderdelen of strikte toleranties nodig zijn. Het modulaire ontwerp maakt opschaling makkelijk: units kunnen worden toegevoegd of verwijderd afhankelijk van lokale waterbehoeften.
Veldexperimenten tonen aan dat arrays van omgekeerde L-vormige verdampers toe te passen zijn op grotere panelen, zodat gemeenschappen hun capaciteit stapsgewijs kunnen uitbreiden zonder gespecialiseerde arbeid. Extra modules kunnen in droge maanden worden bijgezet en worden opgeslagen wanneer water overvloedig is.
Wat dit betekent voor drinkwatervoorziening
Met één op de vier mensen wereldwijd die geen veilig beheerd drinkwater heeft, biedt dit UNIST-apparaat een kosteneffectieve optie voor plekken waar leidingwater en pompen ontbreken. De studie, gepubliceerd in Advanced Energy Materials, laat zien hoe goedkope zonne-energie technologie kan helpen de toegang tot veilig drinkwater te vergroten.
De innovaties van Sourav Chaule en zijn team richten zich niet alleen op het verbeteren van de efficiëntie van bestaande systemen, maar openen ook mogelijkheden voor verdere ontwikkeling in fotothermische ontzilting en teruggwinning van hulpbronnen. Het project laat zien hoe wetenschap en technologie samen kunnen werken om belangrijke milieu-uitdagingen aan te pakken en bij te dragen aan een duurzamere toekomst.