Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) создали парогенератор, которое впитывает достаточно солнечного света для кипячения воды и вырабатывает «перегретый» пар (его температура превышает 100 градусов по Цельсию) без какой-либо дорогой оптики, говорится в сообщении MIT. Его можно использовать для стерилизации медицинского оборудования, а также для приготовлении пищи и в уборке. Полезным он будет и в промышленном производстве.
Ранее исследователи уже работали над подобным «парогенератором». Тогда он был похож на губку, которая плавала в емкости с водой и превращала воду, которую она поглощала, в пар. Но у ученых большое беспокойство вызвал один момент: загрязняющие вещества в воде постепенно разрушали структуру губки. Новое устройство не контактирует с водой: его подвешивают над емкостью с жидкостью, что позволяет избежать возможного загрязнения.
Размером приспособление с небольшой планшет или электронную книгу. По структуре он напоминает сэндвич: верхний слой изготовлен из металлокерамического композита, который поглощает коротковолновую солнечную энергию. Она же, в свою очередь, нагревает устройство, заставляя его излучать это тепло в виде инфракрасных волн в воду, находящуюся ниже. За это излучение отвечает нижний слой. Как только вода достигает точки кипения (100 °C), она превращается пар, который поднимается обратно в устройство, где он проходит через средний слой, состоящий из сетчатой углеродной пены. По существу, это губчатый материал, «изрезанный» извилистыми туннелями и порами, который удерживает поступающее от солнца тепло и может дополнительно нагревать пар, поднимающийся обратно через пену. Разработчики также прикрепили небольшую выпускную трубку к одной стороне пены, через которую весь пар может выходить и легко собираться. Наконец, они поместили устройство над резервуаром с водой и окружили всю установку полимерным корпусом, чтобы предотвратить утечку тепла. Вся конструкция устроена таким образом, что она не требует постоянного наблюдения: устройство работает самостоятельно.
Исследователи проверили работу устройства с помощью экспериментов сначала в лаборатории. Тогда они использовали солнечный симулятор, который имитирует характеристики естественного солнечного света с различной, контролируемой интенсивностью. Ученые обнаружили, что конструкция способна нагревать небольшой резервуар с водой до температуры кипения и получать перегретый пар с температурой до 122 °С в искусственных условиях, которые имитировали ясный солнечный день. Когда исследователи увеличили интенсивность солнечного излучения в 1,7 раза, они обнаружили, что прибор нагрел пар до еще более высокой температуры.
21 октября 2017 года устройство протестировали на крыше здания Массачусетского технологического института в условиях окружающей среды. День был ясным и ярким, и для дальнейшего увеличения интенсивности солнечного света исследователи сконструировали простой солнечный концентратор - изогнутое зеркало, которое помогает собирать и перенаправлять больше солнечного света на устройство.
В таких условиях и с таким дополнением устройство производило пар с температурой выше 146 °С в течение 3,5 часов. В последующих экспериментах команда смогла получить пар из морской воды, при этом не загрязняя поверхность устройства кристаллами соли. В другом эксперименте им также удалось собрать и сконденсировать пар в колбе для получения чистой дистиллированной воды.
Результаты работы подробно изложены в статье, которая будет опубликована в журнале Nature Communications.
[Фото: COURTESY OF THE RESEARCHERS, THOMAS COOPER ET AL]
