Autonomt sorptionssystem samlar vatten från luft och drivs av solpaneler
Vad händer
Kontext
Forskarna vid Yunnan Normal University har byggt ett system som fångar vattenånga från luften och omvandlar den till dricksvatten. Systemet fungerar oberoende av elnät och vattenledningar, vilket gör det användbart i avlägsna områden.
Grundprincip
Processen liknar hur en avfuktare fungerar, fast i tre steg.
- Ett material fångar vattenånga från luften
- Materialet värms upp så att vattnet frigörs som ånga
- Ångan kyls ner och blir till flytande vatten
Kärnan består av aktivt kolfiberfilt – ett material med extremt stor yta som kan suga åt sig vattenånga. Materialet har en dubbelroll: det både absorberar vatten och fungerar som värmeelement när elektricitet leds igenom.
Två typer av solpaneler driver systemet
- Huvudsystemet använder två 300-wattsolpaneler som driver uppvärmningen av materialet
- Ett hjälpsystem med en 200-wattsolpanel driver pump och fläkt som behövs för kylningen
Batterier lagrar överskottselektricitet från solpanelerna under dagen så att systemet kan fortsätta fungera på natten.
Olika sätt att kyla ångan
Forskarna testade fyra metoder för att kyla ångan till vatten.
- Naturlig kylning: Ångan kyls av sig själv mot kalla ytor (använder ingen elektricitet men ger minst vatten)
- Vattenkylning: Kallt vatten cirkulerar genom rör som kyler ångan
- Fläktassisterad vattenkylning: Samma som ovan fast med fläkt som blåser på rören (gav bäst resultat)
- Halvledarkylning: Ett elektroniskt kylaggregat kyler ångan (ger mest vatten men förbrukar mycket elektricitet)
Den fläktassisterade vattenkylningen blev den mest elektriciteteffektiva lösningen – den gav nästan lika mycket vatten som halvledarkylningen men använde mycket mindre elektricitet.
Tre tidsscheman
Forskarna provade olika tidsmönster för när systemet skulle suga åt sig fukt och när det skulle värma upp och frigöra vatten.
- Ett schema med lång nattadsorption (9 timmar) följt av tre kortare perioder
- Ett schema med två långa (6 timmar) och två kortare perioder (3 timmar)
- Ett jämnt schema med fyra lika långa perioder om 4,5 timmar
Det jämna schemat fungerade bäst. Det höll temperaturen jämnare och utnyttjade solpanelerna effektivare – de producerade elektricitet med 14 procents verkningsgrad jämfört med 9-10 procent för de andra schemana.
Resultat
Under gynnsamma förhållanden (15 grader och 70 procents luftfuktighet) inomhus producerade systemet 0,96 kilogram vatten per kilogram absorbent under ett dygn. Det motsvarar ungefär en liter vatten. För att producera den litern gick det åt 2,59 kilowattimmar elektricitet.
I Kunmings torra vinterklimat under januari sjönk produktionen till 0,50 kilogram vatten per dygn (en halv liter) och elförbrukningen ökade till 4,86 kilowattimmar per kilogram.
Under sex dagar utomhus visade testerna att solpanelerna gav tillräcklig elektricitet oavsett väder. Systemet körde kontinuerligt genom soliga, molniga och mulna dagar samt under natten. Solpanelerna omvandlade 15-20 procent av solstrålningen till elektricitet, medan systemets totala elförsörjning fungerade med 90 procents effektivitet.
Miljö och ekonomi
Forskarna räknade ut att systemet betalar tillbaka den elektricitet som gick åt att tillverka det efter 7 år. Under sin beräknade livslängd på 25 år kan systemet minska koldioxidutsläppen med 36 ton jämfört med om samma elektricitet hade producerats med fossila bränslen.
Vattnet som samlas in uppfyller Världshälsoorganisationens krav för dricksvatten.
Vad har det för betydelse
Tekniken gör det möjligt att få dricksvatten i områden som saknar både vattenledningar och stabilt elnät. Systemet kan driva sig själv enbart med solenergi, vilket gör det användbart i avlägsna öknar, öar eller katastrofområden där konventionell infrastruktur saknas eller är förstörd.
