Die Versorgung mit sauberem Trinkwasser wurde in vielen Regionen immer als grundlegendes Menschenrecht angesehen, aber in vielen Teilen der Welt ist die Situation sehr unterschiedlich. Die Dritte Welt hat um sauberes Trinkwasser gekämpft. Ein neues laserbasiertes Aluminium-Hygienesystem kann Entwicklungsländern helfen, sauberes Wasser bereitzustellen und Leben zu retten.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Subhash Singh vom Institute of Optics der Universität von Rochester in New York ist der Ansicht, dass die solare Wasserversorgung der Schlüssel zur Bereitstellung von nachhaltigem sauberem Wasser für die schnell wachsende Weltbevölkerung sein könnte. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift Nature Sustainability veröffentlicht.
Die Weltgesundheitsorganisation hat ultraviolette Strahlung aufgelistet, um transparente Flaschen sonnensterilisieren und opake Behälter hitzesterilisieren zu können, um Wasser über einen bestimmten Zeitraum hinweg zu reinigen. Es gibt auch viele Systeme auf dem Markt, die Sonnenlicht zur Reinigung von Wasser verwenden. Diese Systeme weisen jedoch offensichtliche Mängel auf: Skalierbarkeitsprobleme. Ein System, das eine kleine Gruppe von Menschen oder eine Familie desinfizieren kann, ist möglicherweise nicht sehr nützlich, wenn eine ganze Stadt oder ein ganzes Dorf desinfiziert wird. In Verbindung mit den damit verbundenen Kosten des Wasserdesinfektionssystems kann 1 von 9 Personen (ca. 785 Millionen Personen) kein sauberes Wasser erhalten. Unter ihnen sterben jedes Jahr 1 Million Menschen an sauberem Wasser.
Das Forscherteam entdeckte mehrere Probleme mit dem aktuellen Wasseraufbereitungssystem, insbesondere das Problem der solarbetriebenen Grenzflächenverdampfung. Dazu gehören, ohne darauf beschränkt zu sein, die Unfähigkeit, die solare Nachführgrenze des Grenzflächenverdampfers zu steuern, was bedeutet, dass bei Änderung des Sonnenwinkels die optische Konzentration abnimmt, was zu einer Verringerung der Desinfektionsfähigkeit führt. Ein weiteres Problem ist der Blockierungseffekt, der die Geräteeffizienz erheblich verringert.
Da das derzeitige Solarsterilisationssystem ein&"Bottom-up GG" verwendet; Heizsystem, der größte Teil der erzeugten Energie geht durch Verdunstung von Wasser und Luft verloren. Einige Systeme lösen dieses Effizienzproblem, indem sie ein solarthermisches Energieerzeugungssystem an der Luft / Wasser-Grenzfläche einführen. Da diese Oberfläche auf dem Wasser schwimmt, kann sie nicht genau so positioniert werden, dass sie dem einfallenden Licht zugewandt ist, und das Verstopfungsproblem wird durch den Kontakt mit dem Kernwasser verschärft.
Darüber hinaus gibt es ein sehr wichtiges Problem: Die derzeitigen Solarreiniger können nur die biologische Verschmutzung beseitigen. Es gibt auch eine große Anzahl anderer Schadstoffe, insbesondere Schwermetalle, die nicht behandelt wurden.
Das Team schlug vor, eine Oberfläche mit Superwasserabsorption und Superlichtabsorption zu verwenden, um Wasser mit Sonnenenergie zu desinfizieren. Diese Oberfläche mit Superwasserabsorption und Superlichtabsorption besteht aus Aluminium, das leicht zu erhalten und kostengünstig ist.
Herkömmliches unbehandeltes Aluminium weist jedoch nicht die porösen Eigenschaften auf, die für die Wasserabsorption erforderlich sind. Darüber hinaus ist seine Oberfläche reflektierend, sodass es kein Licht absorbiert. Um dieses Problem zu lösen, laserte das Forscherteam Aluminium mit Femtosekundenlaserpulsen. Die durch diese Laserbehandlung erzeugte poröse Oberfläche ermöglicht es Wasser, unter dem Einfluss der Schwerkraft mit einer konstanten Geschwindigkeit von ungefähr 2 Millimetern pro Sekunde zu fließen. Dies bedeutet, dass Wasser zur Desinfektion zur solaren Absorptionsfläche transportiert werden kann.
Daher kann diese poröse Oberfläche in jedem Winkel auf der schwimmenden Plattform installiert werden, um den Einfall von Sonnenstrahlen zu erhöhen. Dies bedeutet auch, dass dieses Panel mit dem Sonnenverfolgungssystem verbunden ist, um die Flugbahn der Sonne zu verfolgen und den Desinfektionsgrad in bestem Zustand zu halten.
Die Forscher konzentrierten sich auch auf die Form dieser porösen Oberfläche und wie sie Wärme durch Wasser abführt. Sie fanden heraus, dass die U-förmige Oberfläche den Kontakt mit der Wasseroberfläche minimieren kann, was sie derzeit zum energieeffizientesten Modell macht. Bisher übertrifft die vom Team aufgezeichnete Verdunstungsrate sogar die ideale Ausrüstung in einem 100% effizienten Betriebszustand.
Das Forschungsteam testete nicht nur biologisch kontaminiertes Wasser, sondern auch Wasser, das durch andere Schadstoffe wie Metalle, Haushalts- und landwirtschaftliche Abfälle kontaminiert ist. Ihre Forschung ergab, dass die Dichte des Wassers um 4 bis 5 Größenordnungen abnahm. Erfüllen Sie den WHO-Standard für sauberes Trinkwasser.