Kategori
Invention

Desalinasi Air Bertenaga Surya Sederhana

MIT – Sistem desalinasi air bertenaga surya yang sepenuhnya pasif dikembangkan oleh para peneliti di MIT dan di Cina, dapat menyediakan lebih dari 1,5 galon air minum segar per jam untuk setiap meter persegi area pengumpulan surya. Sistem seperti itu berpotensi melayani daerah-daerah pesisir yang tidak terhubung dengan jaringan untuk menyediakan sumber air yang efisien dan murah.

Sistem ini menggunakan beberapa lapis evaporator dan kondensor surya datar, berbaris dalam susunan vertikal dan ditutup dengan insulasi aerogel transparan. Hal ini dijelaskan dalam sebuah makalah yang muncul hari ini di jurnal Energy and Environmental Science, yang ditulis oleh mahasiswa doktoral MIT Lenan Zhang dan Lin Zhao, postdoc Zhenyuan Xu, profesor teknik mesin dan kepala departemen Evelyn Wang, dan delapan lainnya di MIT dan Shanghai Jiao Universitas Tong di Cina.

Iklan

Kunci dari efisiensi sistem terletak pada cara sistem tersebut menggunakan masing-masing dari beberapa tahapan untuk menghilangkan garam air. Pada setiap tahap, panas yang dilepaskan oleh tahap sebelumnya dimanfaatkan bukan terbuang. Dengan cara ini, perangkat demonstrasi tim dapat mencapai efisiensi keseluruhan 385 persen dalam mengubah energi sinar matahari menjadi energi penguapan air.

Desalinasi Air Bertenaga Surya Sederhana

Lapisan surya multilayer

Perangkat ini pada dasarnya masih merupakan lapisan surya multilayer, dengan satu set komponen penguapan dan kondensasi seperti yang digunakan untuk menyaring minuman keras. Menggunakan panel datar untuk menyerap panas dan kemudian mentransfer panas itu ke lapisan air sehingga mulai menguap. Uap kemudian mengembun di panel berikutnya. Air itu terkumpul, sementara panas dari kondensasi uap dialirkan ke lapisan berikutnya.

Setiap kali uap mengembun di permukaan, ia melepaskan panas; dalam sistem kondensor tradisional, panas itu hilang begitu saja ke lingkungan. Namun dalam evaporator multilayer ini, panas yang dilepaskan mengalir ke lapisan penguapan berikutnya, mendaur ulang panas matahari dan meningkatkan efisiensi keseluruhan.

Iklan

“Ketika Anda memadatkan air, Anda melepaskan energi sebagai panas,” kata Wang. “Jika kamu memiliki lebih dari satu tahap, kamu dapat memanfaatkan panas itu.”

Menambahkan lebih banyak lapisan meningkatkan efisiensi konversi untuk menghasilkan air minum, tetapi setiap lapisan juga menambah biaya dan jumlah besar ke sistem. Tim menyelesaikan sistem 10-tahap untuk perangkat proof-of-concept mereka, yang diuji pada atap gedung MIT. Sistem ini menghasilkan air murni yang melebihi standar air minum kota, dengan laju 5,78 liter per meter persegi (sekitar 1,52 galon per 11 kaki persegi) dari area pengumpul surya. Ini lebih dari dua kali lipat jumlah rekor yang sebelumnya dihasilkan oleh sistem desalinasi bertenaga surya pasif semacam itu, kata Wang.

Secara teoritis, dengan lebih banyak tahap desalinasi dan optimalisasi lebih lanjut, sistem seperti itu dapat mencapai tingkat efisiensi keseluruhan setinggi 700 atau 800 persen, kata Zhang.

Tidak seperti beberapa sistem desalinasi, tidak ada akumulasi garam atau air asin pekat untuk dibuang. Dalam konfigurasi mengambang bebas, garam apa pun yang terakumulasi di siang hari hanya akan dibawa keluar pada malam hari melalui bahan wicking dan kembali ke air laut, seperti dijelaskan para peneliti.

Unit demonstrasi mereka sebagian besar dibangun dari bahan yang murah dan tersedia, seperti penyerap tenaga surya hitam komersial dan handuk kertas untuk sumbu kapiler untuk membawa air ke dalam kontak dengan penyerap tenaga surya. Dalam sebagian besar upaya lain untuk membuat sistem desalinasi matahari pasif, bahan penyerap matahari dan material sumbu telah menjadi komponen tunggal, yang membutuhkan bahan khusus dan mahal, kata Wang. “Kami sudah bisa memisahkan keduanya.”

Komponen prototipe yang paling mahal adalah lapisan aerogel transparan yang digunakan sebagai insulator di bagian atas tumpukan, tetapi tim menyarankan isolator lain yang lebih murah dapat digunakan sebagai alternatif. (Aerogel itu sendiri terbuat dari silika murah-tanah tetapi membutuhkan peralatan pengeringan khusus untuk pembuatannya.)

Iklan

Desalinasi multistage yang terlokalisasi secara termal

Wang menekankan bahwa kontribusi utama tim adalah kerangka kerja untuk memahami cara mengoptimalkan sistem pasif bertingkat seperti itu, yang mereka sebut desalinasi multistage yang terlokalisasi secara termal. Rumus yang mereka kembangkan mungkin dapat diterapkan pada berbagai bahan dan arsitektur perangkat, memungkinkan untuk pengoptimalan sistem lebih lanjut berdasarkan skala operasi yang berbeda atau kondisi dan bahan lokal.

Salah satu konfigurasi yang mungkin adalah panel apung pada badan air asin seperti kolam penampung. Ini bisa secara konstan dan pasif mengirimkan air segar melalui pipa ke pantai, selama matahari bersinar setiap hari. Sistem lain dapat dirancang untuk melayani satu rumah tangga, mungkin menggunakan panel datar pada tangki besar air laut dangkal yang dipompa atau dibawa masuk. Tim memperkirakan bahwa sistem dengan area pengumpul surya sekitar 1 meter persegi dapat memenuhi kebutuhan air minum sehari-hari satu orang. Dalam produksi, mereka berpikir sistem yang dibangun untuk melayani kebutuhan keluarga mungkin dibangun dengan harga sekitar $ 100.

Para peneliti merencanakan percobaan lebih lanjut untuk terus mengoptimalkan pilihan bahan dan konfigurasi, dan untuk menguji daya tahan sistem dalam kondisi yang realistis. Mereka juga akan bekerja menerjemahkan desain perangkat skala lab mereka menjadi sesuatu yang akan cocok untuk digunakan oleh konsumen. Harapannya adalah bahwa ia pada akhirnya dapat memainkan peran dalam mengurangi kelangkaan air di bagian-bagian negara berkembang di mana listrik yang dapat diandalkan langka tetapi air laut dan sinar matahari berlimpah.

Tim peneliti termasuk Bangjun Li, Chenxi Wang dan Ruzhu Wang di Universitas Shanghai Jiao Tong, dan Bikram Bhatia, Kyle Wilke, Song Youngsup, Omar Labban, dan John Lienhard, yang adalah Profesor Air Abdul Latif Jameel di MIT. Penelitian ini didukung oleh Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Nasional China, Aliansi Singapura-MIT untuk Penelitian dan Teknologi, dan Pusat Tata Teknologi dan Desain MIT Tata.

Sumber Cerita: Materi diterbitkan sebelumnya oleh Massachusetts Institute of Technology. Artikel ditulis oleh David L. Chandler. Catatan: Konten diedit sesuai kebutuhan janaloka.

Iklan
Iklan

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

11 + 8 =