Forschende entwickeln bio-inspirierte 3D-gedruckte solare Dampfgeneratoren zur Entsalzung

Angesichts der drohenden weltweiten Süßwasserknappheit hat sich ein Team in Singapur mit solaren Dampferzeugern (SSG) befasst, die sich als vielversprechendes Gerät für die Meerwasserentsalzung erweisen.

Der Ansatz der Forschenden nutzt erneuerbare Energien, indem er den natürlichen Wasserkreislauf imitiert und die Sonnenenergie zur Verdampfung und Isolation von Wasser verwendet. Bisher war diese Technologie jedoch durch die Notwendigkeit komplizierter Topologien zur Erhöhung der Oberflächenfläche und somit der Verdampfungseffizienz eingeschränkt.

Um dieses Problem zu überwinden, ließen sich die Forscher von der Struktur von Bäumen inspirieren und nutzten das Potenzial des 3D-Drucks. In der Fachzeitschrift Applied Physics Reviews präsentieren sie eine fortschrittliche Technologie zur Herstellung effizienter SSGs für die Entsalzung und stellen eine neuartige Methode zum Drucken funktionaler Nanokomposite für Multi-Jet Fusion (MJF) vor.

„Wir haben SSGs mit außergewöhnlicher photothermischer Leistung und selbstreinigenden Eigenschaften entwickelt“, sagt Kun Zhou, Professor für Maschinenbau an der Nanyang Technological University. „Durch die Verwendung einer baumartigen porösen Struktur wird die Wasserverdunstung deutlich verbessert und ein kontinuierlicher Betrieb gewährleistet, indem die Ansammlung von Salz verhindert wird – die Leistung bleibt auch nach längeren Tests relativ stabil.“

Durch die Verwendung einer baumähnlichen porösen Struktur werden die Wasserverdampfungsraten erheblich erhöht und eine kontinuierliche Funktion durch Verhinderung von Salzablagerungen gewährleistet. Diese SSGs absorbieren Sonnenenergie, wandeln sie in Wärme um und verdampfen das Wasser. Die poröse Struktur trägt zur Selbstreinigung bei, indem angesammeltes Salz entfernt wird, um eine nachhaltige Entsalzungsleistung sicherzustellen.

„Durch die Verwendung eines effektiven photothermischen Schmelzmittels kann die MJF-Drucktechnologie schnell Teile mit komplizierten Designs herstellen“, sagte er. „Um die photothermische Umwandlungseffizienz von Fixiermitteln und gedruckten Teilen zu verbessern, haben wir ein neuartiges Fixiermittel entwickelt, das von metallorganischen Gerüsten abgeleitet ist.“

Die SSGs des Teams sind von der Transpiration der Pflanzen inspiriert und bestehen aus winzigen, baumförmigen Mikrostrukturen, die einen effizienten Wärmeverteilungswald bilden.

„Unser bioinspiriertes Design vergrößert die Oberfläche des SSG“, so Zhou. „Die Verwendung eines baumartigen Designs vergrößert die Oberfläche des SSG, was den Wassertransport verbessert und die Verdunstungseffizienz erhöht.“ Erstaunlicherweise zeigten die SSGs sowohl in simulierten Umgebungen als auch in Feldversuchen eine hohe Wasserverdampfungsrate. Das entsalzte Wasser entsprach stets den Trinkwasserstandards, selbst nach längeren Tests.

„Unsere SSGs können in Regionen mit begrenztem Zugang zu Süßwasser eingesetzt werden, um eine nachhaltige und effiziente Entsalzungslösung zu bieten“, so Zhou. „Über die Entsalzung hinaus können sie für andere Anwendungen angepasst werden, die eine effiziente Umwandlung von Solarenergie und Wasserreinigung erfordern.“