تولد یک تولیدکننده بخار استثنائی

مهندسان MIT یک وسیله اسفنج مانند ابداع کرده اند که از نور خورشید طبیعی استفاده کرده و آب را تا دمای جوش گرم کرده و از طریق منافذ خود بخار تولید می کند. طرح که محققان آن را تولیدکننده بخار می نامند، هیچ آینه یا لنز گرانی برای متمرکز کردن نور خورشید لازم ندارد اما در عوض متکی بر ترکیبی از مواد با فنّاوری پایین برای مهار نور خورشید محیطی و متراکم کردن آن به صورت گرما می باشد؛ این فناوری آب را کشیده و آن را به صورت بخار آزاد می کند. محققان از آزمایش های مختلف دریافتند ساختار آب را تا دمای جوش 100 درجه حتی در روزهای نسبتاً سرد گرم می کند. اسفنج همچنین 20 درصد نور خورشید ورودی را به بخار تبدیل می کند. طرح با فنّاوری پایین جایگزین های ارزانی برای کاربردهای نمک زدایی و گرم کردن آب مسکونی تا تصفیه فاضلاب و استریل کردن ابزارهای پزشکی فراهم می کند.تیم نتایج خود را در مجله Nature Energy منتشر کرده است. ساختارهای مورداستفاده طرح فعلی محققان از یک ساختار جاذب خورشید که در سال 2014 ابداع شده استفاده می کنند یک ماده شناور اسفنج مانند از جنس گرافیت و فوم کربن که می تواند آب را تا 100 درجه جوشانده و 85 درصد نور خورشید ورودی را به بخار تبدیل می کند. برای تولید بخار در این سطح کارآمد، محققان باید سازه را در معرض نور خورشید شبیه سازی شده قراردادند که 10 برابر شدت نور خورشید طبیعی بود. یکی از محققان می گوید: تمرکز نوری نسبتاً کم وجود داشت اما من از خودم پرسیدم: آیا ما می توانیم آب را روی بام در شرایط طبیعی و بدون تمرکز نوری نور خورشید بجوشانیم؟ در نور خورشید طبیعی، محققان دریافتند درحالی که ساختار گرافیت سیاه نور خورشید را به خوبی جذب می کند، درعین حال گرما را هم به محیط برمی گرداند. برای حداقل ساختن مقدار گرمای ازدست رفته، تیم به دنبال موادی بود که انرژی خورشیدی را بهتر به دام بیندازند. یک نسخه حبابی در طرح جدید، محققان از یک جاذب انتخابی به صورت یک لایه نازک آبی فلزی استفاده کردند که معمولاً در آب گرم کن های خورشیدی استفاده شده و ویژگی های جذب کنندگی منحصربه فردی دارد. ماده تابش را در طیف مرئی طیف الکترومغناطیسی جذب می کند اما آن را در محدوده مادون قرمز تابش نمی کند؛ یعنی هم نور خورشید را جذب می کند و هم گرما را به دام می اندازد، درنتیجه اتلاف گرما به حداقل می رسد. محققان یک ورقه نازک مس را که برای توانایی های هدایت گرما انتخاب و با جاذب انتخابی پوشاندند. بعد آن ها ساختار را روی یک قطعه عایق حرارتی فوم شناور سوار کردند. بااین وجود، آن ها دریافتند حتی بااینکه ساختار گرمای زیادی را به محیط برنمی گرداند، گرما از طریق همرفت فرار می کند و در آن مولکول های متحرک هوا مثل باد به طور طبیعی سطح را خنک می کند. یک راه حل این مشکل از یک منبع غیرمحتمل آمد: دختر 16 ساله ای که در آن زمان روی یک پروژه نمایشگاهی کار می کرد یک گلخانه از مواد ساده ازجمله پوشش حبابی ساخت. او توانست در زمستان آنجا را تا 160 درجه فارنهایت گرم کند. محقق این پروژه ماده ای برای Ni به عنوان یک روش مقرون به صرفه برای جلوگیری از اتلاف گرما با همرفت ارائه کرد. این روش به نور خورشید اجازه داد در پوشش شفاف ماده قرار بگیرد درحالی که هوا در حباب های عایق به دام می افتد. Ni می گوید: من ابتدا در مورد این ایده تردید داشتم و فکر می کردم ماده ای با عملکرد بالا نیست. اما تلاش کردم پوشش حبابی شفاف تر با حباب های بزرگ تر برای به دام انداختن هوا را امتحان کنم. به خاطر این پوشش حبابی، ما نیازی به آینه برای تمرکز خورشید نداریم. پوشش حبابی همراه با جاذب انتخابی گرما را از فرار کردن از سطح اسفنج حفظ می کند. وقتی گرما به دام می افتد، لایه مسی گرما را به سمت یک منفذ یا کانالی که محققان در ساختار حفر کردند هدایت می کند. وقتی آن ها اسفنج را در آب گذاشتند، آب درون کانال می خزد که در آنجا تا 100 درجه گرم شده و بخار می شود. محققان می گویند جاذب خورشیدی بر اساس این طرح می تواند به عنوان ورقه های بزرگ برای نمک زدایی بدنه های کوچک آبی یا تصفیه فاضلاب استفاده شود.