Additiv gefertigter All-in-One-Verdampfer zur nachhaltigen Wasseraufbereitung
Wasserknappheit ist ein ernst zunehmendes und stets präsentes Thema, das es zu lösen gilt. Enorme Anstrengungen wurden schon getätigt um praktikable und effiziente Lösungsalternativen für die betroffenen Länder zu finden. Die Solar-getriebene Dampferzeugung stellt dafür einen grünen und erneuerbaren Ansatz zur Wasseraufbereitung dar. Hierfür kommen bestimmte Verdampfer zum Einsatz, die auf Linsensysteme und Ablenkspiegel angewiesen sind. Das Problem hierbei ist, dass außerordentlich viel Wärme dissipiert und damit die Effizienz des Gesamtsystems reduziert wird. Im Journal „Advanced Materials“ wurde jetzt ein neuer Ansatz zur Lösung dieses Problems vorgestellt.
Zum ersten Mal in der Geschichte der „Solar-Energy-Harvesting Technology“ haben Liangbing Hu und seine Kollegen von der Universität in Maryland einen additiv gefertigten All-in-One-Verdampfer hergestellt. Das verwendete Material besteht aus Carbon-Nanotubes (CNT), nanofibrillierter Zellulose (NFC) und porösem Graphenoxid (GO), das knapp 97% des einfallenden Sonnenlichts absorbiert und sich dadurch extrem schnell aufwärmt. Verwendet wurde in diesem Fall ein Substratschichtungsdruckverfahren (Layer-by-Layer). Die Wand (bzw. eine Box, vgl. Abb.) wurde aus GO/NFC gefertigt um eine optimale Wärmedämmung zu erzielen und um zusätzlich das Wasser über Kapillarkräfte nach oben zu transportieren.
Auf die Box kam eine weitere poröse GO/NFC-Schicht um den Wassertransport zu begünstigen. Die letzte Schicht bestand aus CNT/GO um die 97%ige Lichtabsorption zu gewährleisten. Durch die sehr geringe Eigenleitfähigkeit dieser Schicht wird eine Lokalisierung der Hitze ermöglicht, die wiederum die thermische Dissipation vermindert. Folglicherweise ergibt sich ein signifikant hoher Wirkungsgrad von 85,6% bei 1 Sonnen-Lichtintensität (1 kW/m2). Verglichen mit Literaturwerten ist dies der höchst erreichbare Wirkungsgrad für Verdampfer dieser Art.
Wie schon in der Einleitung erwähnt soll dieser Ansatz vor allem in wasserarmen Gebieten, in denen Wasser sterilisiert oder entsalzt werden muss, eingesetzt werden.