Een membraan, een simpele reactor en zonlicht zijn voldoende om zeewater om te zetten in drinkwater. Cruciaal in de vinding van ingenieurs van Rice University is een laagje nanomateriaal dat zonlicht omzet in warmte.
Het ontzilten van zeewater is een van de manieren om aan drinkwater te komen. De techniek van de ingenieurs van de Amerikaanse Rice University is gebaseerd op de zogeheten membraandistillatie: verwarmd zout water en zoet water stromen in tegengestelde richting aan weerszijden van een waterafstotend membraan. Het temperatuurverschil veroorzaakt een verschil in dampspanning aan weerszijden van het membraan, waardoor er waterdamp van de warme naar de koude kant gaat, waar het vervolgens condenseert. Het voordeel van die methode is dat die veel minder energie gebruikt dan bijvoorbeeld het verdampen van zeewater. Het nadeel is dat er toch nog heel wat energie nodig is om het zoute water te verwarmen. Ook neemt gaandeweg het temperatuurverschil aan weerszijden van het membraan af en daarmee de effectiviteit van het produceren van het drinkwater.
Het nieuwe is nu dat de ingenieurs van Rice University het zoute water direct bij het membraan verwarmen met behulp van zonlicht. Daarvoor brachten ze op het membraan een 25 µm (1 µm = 10-6 m) dun laagje nanodeeltjes van Carbon Black aan. Die Carbon Black is een gemakkelijk te verkrijgen grondstof en lijkt op roet.
De Carbon Blacklaag op het membraan absorbeert voldoende zonne-energie om ervoor te zorgen dat er aan weerszijden van het membraan een temperatuurverschil van zo’n 5 graden in stand blijft; het laagje zet het invallende zonlicht met een efficiëntie van ruim 20 % om in warmte. In de experimentele opstelling stromen het zoute en gedistilleerde zoete water met een snelheid van een enige tientallen milliliter per minuut.
Werkt beter in warme gebieden
Een gunstige bijkomstigheid is dat het systeem beter werkt bij een hogere omgevingstemperatuur; en dat geldt precies voor de gebieden op aarde waar sprake is van een groot watertekort. Bij een omgevingstemperatuur van 40 °C produceert een filter van een vierkante meter in acht uur tijd zo’n vier liter water, voldoende voor de basisbehoefte van twee personen.
Er zijn verschillende manieren om de productie op te voeren. Bijvoorbeeld door voor de doorzichtige distillatiecel een lens te zetten, zodat de intensiteit van het zonlicht groter wordt. Of door de hogere temperatuur van het zoute water opnieuw te gebruiken. De effecten van vervuiling of het ontstaan van een biofilm op het membraan bespreekt het artikel in de Proceedings of the National Academy of Sciences niet.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.