Сонячні установки можуть бути дуже корисним способом отримання питної води з брудної або солоної води, але є багато можливостей для підвищення їх ефективності. Тепер інженери з Virginia Tech натхненні мангровими деревами, розробили «синтетичне дерево», яке імітує природний процес транспортування води вгору через коріння і стебли в листя.
Базова конструкція подібної установки не змінюється десятиліттями. Зазвичай все починається з резервуара з водою, в даний час непридатною для пиття, занадто солоною, брудною або забрудненою іншим чином.
Ця вода проходить через абсорбуючий матеріал, який потім нагрівається сонячним світлом, випаровуючи воду в повітря. Водяний пар вдаряється об похилу стелю і конденсується, стікаючи в збірний піддон.
Різні пристрої являють собою варіації цієї базової конструкції з використанням різних матеріалів, які краще поглинають воду або тепло від сонячного світла, таких як губчастий вуглець, матеріали для підгузків, аерогель або «троянди», покриті чорним полімером.
Більшість з цих існуючих пристроїв працюють за рахунок капілярної дії, коли рідина піднімається вгору через вузький простір, прилипаючи до країв і захоплюючи інші молекули вгору завдяки внутрішньому зчепленню рідини. Але цей метод не дуже ефективно масштабується.
Для нового дослідження інженери звернулася до природи в пошуках більш ефективної системи відведення води. Капілярна дія відіграє лише незначну роль у русі води для рослин - велика частина води переміщується через транспірацію. Це процес, який дозволяє рослинам ефективно перекачувати і видаляти зайву воду з коріння, через стовбури і гілки і через листя у вигляді водяного пари.
Транспірація - це свого роду позбавлення від надлишків води, викликане більш низьким водним потенціалом у повітрі навколо рослини. Це спонукує молекули води виходити з рослини в повітря, збільшуючи напругу на молекулах води всередині рослини і витягуючи їх вгору. Теоретично цей механізм повинен вміти перекачувати воду на будь-яку висоту.
Під час випробувань дослідники виявили, що синтетичне дерево здатне збирати втричі більше води, ніж при використанні тільки об'ємного резервуара. Фахівці кажуть, що майбутня робота повинна включати тестування більш високих дерев, додавання більшої кількості листя і використання мембран для фільтрації солі з води.
«Ми очікуємо, що наш сонячний парогенератор на основі дерева буде цікавий для застосування у видобутку і очищенні підземних вод», - говорить Джонатан Борейко, автор дослідження.
«Кінцева мета - досягти тиску всмоктування, достатнього для того, щоб вода проходила через фільтр, що виключає сіль, без використання механічного насоса, аналогічно тому, як мангрові дерева можуть рости в океанській воді».
Дослідження опубліковано в журналі Applied Physics Letters.