«Солнечный пар» позволяет кипятить ледяную воду

Источник: sciencedaily.com

Команда ученых университета Райса (США) представила совершенно новую методику использования солнечной энергии — «солнечный пар». Пар — традиционная движущая сила примерно 90% энергетических станций мира. Пар вращает турбины, вырабатывающие электричество. Но чтобы получить пар, воду нужно нагреть в большом котле, тем или иным способом. Технология, созданная под руководством профессора Наоми Халас, позволяет получать пар из воды при температурах, близких к точке замерзания. Для этого процесса нужны только солнечный свет и наночастицы — углеродные или металлические. Наночастицы добавляются в воду и образуют взвесь. Под действием солнечного света они нагреваются до температуры, близкой к температуре кипения воды. Размер частиц даже меньше длины волны света. Поэтому площадь поверхности частиц крайне мала, что затрудняет рассеивание тепла.

Нагрев происходит очень быстро, и ближайшие к частице молекулы воды превращаются в пар. Процесс кипячения смещается с макроуровня на микроуровень, что позволяет эффективно работать с малыми объемами воды. Для проекта «Солнечный пар» профессор Халас и аспирант Оара Нейман разработали специальные частицы, взаимодействующие с широким спектром волн солнечного света. Новые наночастицы активируются как видимым светом, так и коротковолновым излучением, не доступным человеческому глазу. Общая энергетическая эффективность системы составляет 24% (в случае преобразования энергии пара в электричество). Со временем этот показатель может увеличиться, по мере оптимизации технологии. Но, по мнению ученых, основная область применения новинки — это очистка воды и стерилизация медицинских инструментов в развивающихся странах.

Для работы системы не нужны большие зеркала или мощные линзы. К тому же, главное вещество — наночастицы — могут использоваться в течение множества циклов, практически вечно. Все это содействует уменьшению стоимости устройств, созданных по новой технологии. Для демонстрации возможностей «Солнечного пара» команда собрала действующий прототип гелиоавтоклава. Размер светового окна аппарата составляет всего несколько квадратных сантиметров. Несмотря на это, устройство эффективно кипятит смесь воды и этанола, обеззараживая медицинские и хирургические инструменты. Собрать такой прибор очень легко, и для его работы не нужно электричество. Другая возможная область применения — гибридные системы кондиционирования и отопления, которые работают от солнечного света днем и от электричества — ночью. Также профессор Халас с коллегами провела эксперименты по перегонке и выяснила, что эффективность «Солнечного пара» в 2,5 раза выше, чем у традиционных ректификационных колонн.