Ученые выяснили, как испарить воду быстрее, чем при использовании обычного отопления

Исследователи из МИФ, я в составе международной научной группы, создали технологию, которая ускоряет опреснение морской воды и повышает эффективность солнечных генераторов. По мнению ученых, новый метод отличается от аналогов использованием недорогих и относительно безопасных наночастиц.

Результаты исследования опубликованы в Журнал возобновляемой энергетики и Международный журнал тепла и Массообмен.

Солнечные генераторы, вырабатывающие электричество за счет испарения воды, являются важным элементом многих систем возобновляемой энергетики. По мнению ученых, перспективной считается система, сочетающая мини-паровые турбины с солнечной установкой для опреснения морской воды. Для многих регионов мира такие комбинированные установки могут стать важным источником энергии и воды для сельского хозяйства.

Ученым из Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» вместе с коллегами из Норвегии и Китая удалось повысить эффективность солнечной генерации пара на 15-25 процентов. Согласно им, при использовании света водной суспензии светопоглощающих наночастиц можно получить больше пара, чем при обычном кипячении жидкости. Ученые использовали наночастицы графита и оксида железа, чтобы придать воде новые свойства.

«Изучаемый нами эффект был открыт в начале 2000-х годов учеными из США и Австралии, но наши коллеги не пошли дальше мелкомасштабных лабораторных экспериментов. Мы серьезно расширили теоретическое описание процесса и нашли способ его применения в промышленных масштабах. Главное преимущество нашей системы в том, что мы не используем дорогостоящие частицы золота и серебра », - сказал Борис Балакин, главный исследователь и приглашенный профессор кафедры теплофизики МИФИ, профессор Западно-норвежского университета прикладных наук.

По мнению авторов, новый метод позволит быстрее опреснять и дезинфицировать соленую воду или сточную воду, используя только концентрированный солнечный свет. Кроме того, по мнению ученых, технология найдет применение в фотодинамической терапии рака и в создании систем охлаждения для космической техники.

По словам создателей, прототип генератора, разработанный для новой технологии, будет генерировать до 5 кВт мощности с площади испарения в 200 см2 в идеальных условиях, и примерно половину мощности при не идеальных погодных условиях.

Полученная суспензия наночастиц графита и оксида железа примерно в 250 раз дешевле зарубежных аналогов, использующих наночастицы золота. Более того, как отметили ученые, жидкости не обладают нанотоксичностью из-за постепенной агрегации наночастиц до микронных размеров. Это означает, что после специальных биофизических испытаний такая вода может быть использована в хозяйственных целях без дополнительной очистки.

«Для производства наносуспензий мы используем мелкодисперсные порошки графита и железа, которые перемешиваются в воде с помощью ультразвукового гомогенизатора. Созданный нами прототип включает в себя солнечный концентратор, который автоматически отслеживает движение солнца в течение дня. Все компоненты системы отечественного производства », - сказал Борис Балакин.

Ученые объяснили, что для повышения эффективности установки наносуспензии можно нагревать на входе в парогенератор геотермальным теплом, отводить тепло от компаний или центров обработки данных или тепло от трения от ветряных турбин. В будущем ученые намерены разработать новые составы наножидкостей и прототипы устройств, которые повысят эффективность различных систем возобновляемой энергетики.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда: проекты 17-79-10481 и 17-79-10083.
Источник