太陽

科学者たちは、太陽エネルギーを利用して海水から塩分を除去し、安全な飲料水を製造する、低コストで高効率な技術を開発しました。

アメリカ物理学研究所

画像: 太陽光発電の淡水化ユニットは、吸湿材、断熱材、チタンを含む紙ベースの太陽光吸収材の 3 層で構成されています。もっと見る

クレジット: チャオ・チャン

ワシントン、2021年4月27日 -- 地球上には膨大な量の水があるにもかかわらず、そのほとんどは非飲料用海水です。 淡水は全体の約 2.5% しか占めていないため、世界の多くの地域で深刻な水不足が生じています。

AIP出版の『AIP Advances』では、中国の科学者らが太陽エネルギーを利用した高効率の淡水化装置の開発を報告している。 このデバイスは、太陽エネルギーを吸収できるチタン含有層、TiNO、または窒化酸化チタンで構成されています。 TiNO は特殊なタイプの紙とフォームに蒸着されており、これにより太陽光吸収体は海水に浮くことができます。

太陽光がチタン層に当たると、急速に加熱され、水が蒸発します。 傾斜した石英屋根を備えた透明な容器にユニットを置くと、水蒸気が凝縮して収集され、大量の淡水が生成されます。

著者のChao Chang氏は、「太陽エネルギー分野では、TiNOは一般的な商用太陽光吸収コーティングであり、太陽熱温水システムや太陽光発電ユニットに広く使用されている」と述べた。 「太陽の吸収率が高く、熱放射率が低いので、太陽エネルギーを効果的に熱エネルギーに変換できます。」

研究者らは、マグネトロンスパッタリングとして知られる技術を使用してTiNO層を堆積する方法を開発した。 彼らは、海水貯留層から水を供給するための吸湿材として機能する、エアレイド紙として知られる特殊なタイプの高多孔質紙を使用しました。 エアレイド紙は木材繊維から作られており、紙おむつによく使用されています。

蒸発ユニットには、上部の TiNO 層、断熱材、下部のエアレイド紙の 3 つの部分が含まれていました。 断熱層はポリエチレンフォームで、空気が詰まった細孔が多数あり、熱を閉じ込め、多層ユニットを海水の貯留層の上に浮かせることができ、周囲への熱損失を最小限に抑えます。

「TiNO 太陽光吸収材の基材として使用される多孔質エアレイド紙は、30 回以上再利用およびリサイクルできます」と Chang 氏は述べています。

TiNO 表面上の塩の沈殿は効率を妨げる可能性がありますが、研究者らは、時間が経っても表面に塩の層が形成されないことを発見しました。 彼らは、紙の多孔質の性質が表面に形成される可能性のある塩を吸い取り、海水貯留層に戻すことを示唆しています。

通常の海水の塩分濃度は1リットルあたり75,000ミリグラム以上です。 通常の飲料水の塩分濃度は1リットルあたり約200ミリグラムです。 脱塩ユニットは海水の塩分濃度を 1 リットルあたり 2 ミリグラム未満に下げることができました。

この淡水化技術の低コスト、高効率、汚れのなさの組み合わせは、世界の淡水不足の解決に役立つ可能性があることを示しています。

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記事「高効率海水淡水化のための多孔質 TiNO 太陽駆動界面蒸発器」は、Chao Chang、Min Liu、Lilin Pei、Guowei Chen、Zongyu Wang、および Yulong Ji によって執筆されています。 この記事は、2021 年 4 月 27 日に AIP Advances に掲載されます (DOI: 10.1063/5.0047390)。 その日付以降は、https://aip.station.org/doi/10.1063/5.0047390 からアクセスできます。

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10.1063/5.0047390

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