211service.com
Le nanoparticelle producono vapore senza portare l'acqua ad ebollizione
Il vapore è un ingrediente chiave in un'ampia gamma di processi industriali e commerciali, tra cui la generazione di elettricità, la purificazione dell'acqua, la distillazione dell'alcol e la sterilizzazione delle apparecchiature mediche.
La generazione di quel vapore, tuttavia, richiede in genere grandi quantità di energia per riscaldare e alla fine far bollire l'acqua o un altro fluido. Ora i ricercatori della Rice University hanno trovato una scorciatoia. Utilizzando nanoparticelle che assorbono la luce sospese nell'acqua, il gruppo è stato in grado di trasformare le molecole d'acqua che circondano le nanoparticelle in vapore, aumentando appena la temperatura dell'acqua rimanente. Il trucco potrebbe ridurre drasticamente il costo di molti processi dipendenti dal vapore.
Il team di Rice ha utilizzato una lente di Fresnel per focalizzare la luce solare su un piccolo tubo d'acqua contenente alte concentrazioni di nanoparticelle sospese nel fluido. L'acqua, che era stata raffreddata fino quasi al congelamento, ha iniziato a generare vapore entro 5-20 secondi, a seconda del tipo di nanoparticelle utilizzate. I cambiamenti di temperatura, pressione e massa hanno rivelato che l'82% della luce solare assorbita dalle nanoparticelle è andata direttamente alla generazione di vapore mentre solo il 18% è andato al riscaldamento dell'acqua.
È un nuovo modo di produrre vapore senza acqua bollente, afferma Naomi Halas, direttrice del Laboratory for Nanophotonics presso la Rice University. Halas afferma che il lavoro apre molte porte interessanti in termini di utilizzo del vapore.
La nuova tecnica potrebbe, ad esempio, portare a dispositivi economici per la generazione di vapore per la purificazione dell'acqua su piccola scala, la sterilizzazione di strumenti medici e il trattamento delle acque reflue nei paesi in via di sviluppo con risorse e infrastrutture limitate.
L'uso di nanoparticelle per aumentare il trasferimento di calore nell'acqua e in altri fluidi è stato ben studiato, ma pochi ricercatori hanno studiato l'uso delle particelle per assorbire la luce e generare vapore.
Nello studio attuale, Halas e colleghi hanno utilizzato nanoparticelle ottimizzate per assorbire lo spettro più ampio possibile di luce solare. Quando la luce colpisce le particelle, la loro temperatura sale rapidamente ben al di sopra dei 100 °C, il punto di ebollizione dell'acqua, provocando la vaporizzazione delle molecole d'acqua circostanti.
Il modo preciso in cui interagiscono le particelle e le molecole d'acqua rimane un po' un mistero. I modelli convenzionali di trasferimento di calore suggeriscono che la luce solare assorbita dovrebbe dissiparsi nel fluido circostante prima di far bollire l'acqua. Sembra che ci sia una barriera termica su scala nanometrica, perché sta chiaramente producendo vapore come un matto, dice Halas.
Il sistema ideato da Halas e colleghi ha mostrato un'efficienza del 24 percento nel convertire la luce solare in vapore.
Todd Otanicar, un ingegnere meccanico dell'Università di Tulsa che non è stato coinvolto nello studio attuale, afferma che i risultati potrebbero avere implicazioni significative per la generazione di energia solare termica su larga scala. Le centrali solari termiche utilizzano tipicamente la luce solare concentrata per riscaldare un fluido come l'olio, che viene quindi utilizzato per riscaldare l'acqua per generare vapore. Otanicar stima che generando vapore direttamente con nanoparticelle nell'acqua, un tale sistema potrebbe ottenere un aumento dell'efficienza dal 3 al 5% e un risparmio sui costi del 10% perché potrebbe essere utilizzato un design meno complesso.
Otanicar avverte che la durabilità, la capacità delle nanoparticelle di assorbire ripetutamente la luce solare e generare vapore, deve ancora essere dimostrata, ma aggiunge che l'efficienza del 24% raggiunta nell'attuale studio è incoraggiante. È solo l'inizio per ottimizzare questo approccio, afferma.