Mielenkiintoinen zeoliitti aurinkovoimajärjestelmä

Vesimolekyylit ovat kaikkialla planeetalla esiintyvä aine. Kuitenkin YK:n mukaan yli 2 miljardilla ihmisellä ei ole saatavilla puhdasta juomavettä ja yli 2,3 miljardilla ihmisellä eli 30 prosentilla maailman väestöstä ei ole tarpeeksi ruokaa ympäri vuoden.

Saudi-Arabian Royal Abdullahin tiede- ja teknologiayliopiston (KAUST) tutkijat ovat kehittäneet järjestelmän, joka käyttää aurinkopaneelien hukkalämpöä nestemäisen veden erottamiseen ilmassa olevasta vesihöyrystä. Järjestelmä on itseään ylläpitävä järjestelmä, jossa yhdistyvät vesi/sähköntuotanto/kasvintuotanto. Tutkimuksen tulokset on julkaistu Cell Reports Physical Sciences -lehden numerossa 1.3.2022.

Aurinkoenergian tiedetään olevan tehotonta, sillä alle 20 prosenttia aurinkopaneeleihin osuvasta aurinkoenergiasta muunnetaan sähköksi. Lopusta tulee sähköntuotantoprosessin aikana syntyvää hukkalämpöä, mikä vähentää edelleen tuotetun sähkön hyötysuhdetta.

Tutkimusryhmä on kehittänyt järjestelmän, joka käyttää tätä hukkalämpöä veden tuottamiseen. Järjestelmä käyttää hydrogeelejä, joita tutkimusryhmä on työstänyt jo jonkin aikaa. Zeoliitit ovat erittäin hygroskooppisia, huokoisia rakenteita, joissa on toisiinsa liittyvät polymeerirakenteet, jotka voivat varastoida suuria määriä vesimolekyylejä sisälle. Zeoliitit eivät vaadi kovin korkeita lämpötiloja veden vapauttamiseksi. Aurinkopaneelien vapauttama hukkalämpö on vain noin 50 celsiusastetta ilman lämpötilan yläpuolella, mutta se riittää vapauttamaan vesimolekyylejä hydrogeelistä.

Kehitetty järjestelmä voidaan vaihtaa kahden tilan välillä. Yksi on jäähdytystila, jossa hydrogeeli on aina alttiina ulkoilmalle. Yöllä hydrogeeli imee vesihöyryä ilmasta ja seuraavana päivänä, kun aurinko tulee ulos, aurinkopaneelien hukkalämpö vapauttaa vesihöyryn. Lämpöenergian käyttö aurinkopaneelien jäähdyttämiseen ja sähköntuotannon tehokkuuden lisäämiseen.

Kasvinviljelytilassa hydrogeeli altistuu ilmakehälle vain yöllä ja suljetaan päivällä. Yöllä kerätyt vesimolekyylit haihtuvat ja tiivistyvät kammiossa päivän aikana tuottaen nestemäistä vettä. Tätä vettä voidaan käyttää kasteluvedenä viljelytiloissa.

Kolmen kuukauden demonstraatiokokeessa aurinkopaneelit lisäsivät sähköntuotantoaan jäähdytystilassa jopa 9,9 prosenttia. Lisäksi kasvintuotantotilassa saatua vettä voidaan käyttää viljelykasvien, kuten kaalin, kasvattamiseen. Aurinkopaneelien tuottamaa sähköä ei käytetä vedentuotantoon tai kasvien kasvattamiseen.

Järjestelmä voi tuottaa samanaikaisesti kahta tärkeää resurssia, vettä ja sähköä, mikä mahdollisesti edistää veden/energian/ruoan välistä yhteyttä. Tutkijoiden mukaan vähiten kehittyneet maat tarvitsevat kuitenkin riittävästi varoja ostaakseen korkean teknologian ratkaisuja tässä vaiheessa. Yrittäessään asentaa ne edullisesti, he etsivät tukea hallituksilta ja kansalaisjärjestöiltä, ​​mutta tulevaisuus on epävarma.