Ur baliabideak erabiltzeko modu iraunkor gisa, eguzki-energiaren gatzgabetzeak potentzial handia du ur geza baliabide nahikorik ez izatearen arazoa konpontzeko eta ur eskasia arintzeko. Hala ere, itsasoko ura gatzgabetzeko teknologia tradizionalak arazoak izaten ditu, hala nola energia-kontsumo handia, ekipamendu konplexua eta kostu handia.
Azken urteotan, nanomaterialetan oinarritutako gatzgabetze-estaldura teknologia berriek ikertzaileen arreta erakarri dute pixkanaka. Grafeno oxidozko grafeno erreduzituak, bi dimentsioko material berri gisa, potentzial handia erakutsi du eguzki-gatzgabetzean.
Gatzgabetzeko estaldura-material tradizionalekin alderatuta, rGO-k eroankortasun bikaina, azalera espezifiko handia eta egonkortasun kimiko ona ditu, eta gatzgabetzeko eraginkortasuna hobetzea eta energia-kontsumoa murriztea espero da.
Hala ere, rGO-k berak agregazio eta metatze arazoak ditu, eta horrek bere jarduera eta egonkortasuna murrizten ditu. Beraz, rGO apar-materialetan finkatzea melamina-apar /rGO konposite-estaldura bat osatzeko modu eraginkorra bihurtu da gatzgabetzearen eraginkortasuna eta egonkortasuna hobetzeko.
Gainazala aldatuz eta apar-materialaren euskarri-propietateak indartuz, rGO uniformeki finkatu dugu aparraren gainazalean, uretan dauden gatz-ioiekin duen kontaktu-eremua handitzeko. Aldi berean, rGO estalduraren egitura eta lodiera kontrolatzen dira gatzgabetzearen eraginkortasuna eta egonkortasuna optimizatzeko.
Gatzgabetze-mekanismoa sakonago ulertzeko, grafeno oxido murriztuko (rGO) apar bat ere prestatu genuen. Grafeno trioxidoz estalitako melamina-aparrak mikroegitura porotsua eta hidrofilitatea ditu, eta horrek bustigarritasun ona ahalbidetzen dio eta ura lurruntze-eremuan erakar dezake, ura azkar berritzeko aukera emanez, gatz-prezipitazioa saihestuz.
Grafeno oxidoz estalitako melamina-aparraren gainazaleko lurruntze-sistemak % 89.6ko lurruntze-eraginkortasun egonkorra lor dezake 1 kW m−2 eguzki-erregaiaren pean. Gainazaleko lurruntze-sistema honek eguzki-energia bero bihurtzeko eraginkortasun handia eta epe luzerako egonkortasun ona ditu, itsasoko ura gatzgabetzeko merkataritza-mailako potentziala erakutsiz.
Gaur egun, energia krisi globala eta ur eskasia giza gizartearen garapen jasangarrirako mehatxu nagusiak bihurtu dira. Energia eskaera gero eta handiagoari erantzuteko, errendimendu handiko energia bihurtzeko eta ura arazteko hainbat teknologia garatzeak gero eta arreta handiagoa jaso du.
Eguzki-energiaz elikatzen den gainazaleko lurruntze-teknologia
Energia berriztagarrien iturri itxaropentsu gisa, eguzki-energia bere gaitasun ultra-handiagatik, unibertsaltasunagatik, garbitasunagatik eta funtzio anitzeko bihurketa-gaitasunagatik da. Erregai fosilek atxikitako erregai fosilak ordezkatzeko potentziala erakutsi du.
Eguzki-energia fotovoltaiko teknologiak zuzenean energia elektrikoa sortzeaz gain, eguzki-energia termiko bihurtzeko teknologiak ere eguzki-energia xurgatu eta energia termiko bihurtzen du, eta hori eguzki-energia erabiltzeko modu sinple eta eraginkortzat hartzen da.
Eguzki-energiatik bihurtutako energia termikoak industria-prozesu garrantzitsuak bultzatu ditzake, hala nola eguzki-energia termikoko zentralak, eguzki-gatzgabetzea, esterilizazioa, eguzki-ura berotzeko sistemak eta beroarekin lotutako beste aplikazio batzuk. Eguzki-gatzgabetzeak irtenbide eraginkorra eskaintzen du, batez ere azpiegiturarik gabeko eremuetan, itsasoko uretatik ur geza atera baitezake energia gehigarririk gabe.
Azken urteotan, eguzki-energiaz bultzatutako gainazaleko lurruntze-teknologiak eguzki-beroaren bihurketa-prozesua likido-lurrun interfazean kokatzen du eta eguzki-energia erabiltzeko teknologia berri bihurtu da. Berokuntza integral tradizionalarekin alderatuta, gainazaleko lurruntze-sistemek lurruntze-eraginkortasun handiagoa eta erantzun termiko azkarragoa erakusten dute eta itsasoko ura gatzgabetzeko alternatiba potentziala dira.
Orain arte, ikerketa asko egin dira gainazaleko lurruntze-sistemen errendimendu termikoa hobetzeko. Eguzki-energiaz elikatutako gainazaleko lurruntze-sistema tipiko batek hiru zati garrantzitsu ditu:
Eguzki-xurgapen handia duen eta eguzki-erradiazioa bero-energia bihurtzen duen eguzki-xurgatzaile bat; bihurtutako beroa ur gehienera transferitzen duen isolatzaile bat; eta ur gehienetik ura etengabe xurgatzeko ur-hornikuntza bide bat.
Aurreko ikerketetan, ikertzaile ugarik eguzki-energiatik lurrun-bihurketaren eraginkortasun orokorra hobetzera dedikatu dira, banda zabaleko eta eguzki-energia xurgatzen duten materialak sintetizatuz, ur-hornikuntza bide berrien diseinua optimizatuz eta isolamendu termikoko egiturak hobetuz.
Orain arte, eguzki-energiaz bultzatutako gainazaleko lurruntze-sistemak hainbat prozesu industrialetan erabili dira, eguzki-destilazio induzituan, eguzki-esterilizazioan, eguzki-gatzgabetzean eta eguzki-energiaren sorreran. Sistemaren lurruntze-errendimendu handia lortzeko, garrantzitsua da eguzki-xurgatzaile materialen eguzki-espektro osoan zehar banda zabaleko xurgapena aztertzea.
Eguzki-energia xurgatzeko garatu eta aztertu diren eguzki-energia xurgatzeko materialen artean, batez ere material karbonikoak, partikula plasmonikoak eta espektroki selektiboak diren xurgatzaile-materialak daude. Horien artean, material beltz eta karboniko naturalek eguzki-bero bihurtzeko gaitasun handiak dituzte eta banda zabaleko eta intentsitate handiko eguzki-xurgatzaileetarako egokiak dira.
Eguzki-xurgapen tasa handia, kostu baxua eta egonkortasun ona dutelako, karbonoan oinarritutako eguzki-xurgatzaile asko aztertu dira, besteak beste, karbono nanotuboak, grafitoa eta grafeno oxido murriztua. Urteetako garapenaren ondoren, sistemaren eguzki-lurrun bihurtzeko eraginkortasuna eguneko argitan % 90etik gorakoa izan da.
Eguzki-energia xurgatzeko materialen garapenean eta gainazaleko lurruntze-egituren diseinuan hobekuntza handiak egon diren arren, lehenago jakinarazi diren eguzki-gatza kentzeko gailu gehienak lurrungailuaren goiko gainazalean gatza kentzeko prozesuan zehar metatzen zen gatza. Metatutako gatzak eguzki-xurgapena blokeatzen du eta lurrungailu porotsua blokeatzen du, eta horrek eguzki-energia bero bihurtzeko eraginkortasun baxua eta lurruntze-errendimendu eskasa eragiten ditu.
Gatz metatuak kentzeko, metodo fisiko tradizionalak, hala nola ultrasoinu-uhinak eta uretan murgiltzea, erabiltzen dira normalean, baina metodo hauek erraz kaltetu dezakete interfazearen lurruntze-egiturari.
Gatz-metaketa gainazaleko lurruntze-sistemetan murrizteko, ikerketa askok lurruntze hidrofoboa garatzen jarri dute arreta. Hala ere, lurrungailu hidrofoboek ur-hornidura mugatzen dute goiko gainazalera, eta horrela sistemaren lurruntze-errendimendua murrizten dute. Arazo hau konpontzeko beste modu bat lurrungailu hidrofilo bat erabiltzea da, eta horrek gehiegizko gatza goiko gainazaletik ur gehienera eramaten du.
Gaur arte, ikerketa askok lurrungailu hidrofiloak diseinatzera bideratu dira, hala nola zelulosazko ehun-mintz hidrofiloak, paper-oinarritutako mintz hidrofiloak eta lurrungailu biologikoak. Baina epe luzerako egonkorra eta oso eraginkorra den eguzki-energiaz bultzatutako gainazaleko lurruntze-sistema bat garatzea erronka handia da oraindik.
Ikerketa honetan, gatzarekiko erresistentea, eguzki-xurgapen oso eraginkorra eta termikoki azkar erantzuten duen grafeno oxido murriztu (rGO) apar bat erakusten dugu, fluoreszentzia baxuko eguzki-argiztapenpean gainazaleko gatzgabetzerako eguzki-mekanismoetarako.
Egitura porotsu berrian, melamina-apar hidrofilikoa (MF) aukeratu zen oinarri gisa, eta horrek ez du eguzki-xurgapenaren azalera zabaltzen bakarrik, baita sakabanaketa anitz hobetzen ere.
Grafeno oxido murriztuz estalitako melamina-aparren gainazaleko hidrofilikotasunak eta porositateak eguzki-beroaren bihurketa-eremuaren bustitze eta fusio nahikoa ahalbidetzen dute, baita ura azkar berritzen ere, gatzak metatzea saihestuz.
Grafeno oxido murriztuz estalitako melamina-aparren errendimendu handia aprobetxatuz, eguzki-energiaz elikatzen den interfazearen sistemak % 89.6ko eguzki-energiatik lurrun-bihurketa-tasa lortzeko gai da.
Gainera, grafeno oxidoz estalitako melamina-aparra eguzki-energia komertzialean integratuz, eguzki-energiaz elikatutako itsasoko ura gatzgabetzeko gailu bat diseinatu eta fabrikatu genuen, eguzki-energiaz ur bihurtzeko eraginkortasuna % 56.4koa duena eguneko argitan. Eguzki-gatzgabetzeari esker, bildutako ur garbiak edateko kalitate-eskakizuna du.
Eguzki-energia termiko bihurtzeko materialen lurruntze-errendimendu eta eskalagarritasun bikainarekin, eguzki-energiaz bultzatutako itsasoko ura gatzgabetzeko sistema honek aplikazio-aukera zabalak eskaintzen ditu itsasoko ura gatzgabetzeko aplikazio praktikoetan.
Eguzki-gelditze bidezko bero-transferentzia materialen eskalagarritasuna
Grafeno oxido murriztuz estalitako melamina-aparrean oinarritutako gainazaleko lurruntze-sistema bat. Grafeno oxidoaz estalitako melamina-aparra erdian dago eta kanpoaldean polietileno (PE) apar geruza batez bilduta dago, autoburbuila sortzen duen gainazaleko lurruntze-sistema bat eraikitzeko.
Telurio-grafeno oxido murriztuz estalitako melamina-aparra erabiltzen da eguzki-erradiazio intzidentea azkar xurgatzeko, eguzki-energia bero bihurtzeko eta gainazaleko lurrunketa-indar eragilea sortzeko. Bestalde, grafeno oxido murriztuz estalitako melamina-aparrak etengabe gatzunera erakar dezake lurruntze-eremuan.
Grafeno trioxidoz estalitako melamina-aparrak duen egitura porotsuak sortutako lurruna ingurumenera ihes egitea ahalbidetzen du, eguzki-argia harrapatzea sustatuz eta, horrela, eguzki-argia bero bihurtzeko eraginkortasuna handituz. Grafeno oxido murriztuz estalitako melamina-aparrak porotsu eta hidrofilikoa da, eta horrek ura goian deskribatutako lurruntze-egiturara erakartzea ahalbidetzen du, aldi berean gatz kontzentratuak itsasoko uretan berriro deskonposatzen dituen bitartean.
Lurruntze-prozesuan, aparraren gatz-kontzentrazioa hondoko itsasoko uraren kontzentrazioa baino handiagoa da. Kontzentrazio-aldaketek gatza ur gehienetan deskonposatzea eragiten dute. Gainera, inguruko polietileno-aparrak ez du grafeno oxidoz estalitako melamina-aparra murrizten bakarrik , baizik eta modu naturalean pilatzen da uraren gainazalean, inguruko ur gaziak eragindako bero-galera galaraziz.
Interfazeko lurruntze-sistemek etengabe eta eraginkortasunez funtziona dezakete ur-gainazaletan, eraikuntza-diseinu konplexuen beharrik gabe. Gainera, lurruntzea gas-likido interfazean gertatzen denez, interfazearen lurruntze-sistemak modu autonomoan mugi daiteke interfazea atzera egiten duenean.
Telurioz erreduzitutako grafeno oxidoz estalitako melamina-aparra gainazaleko lurruntze-sistemaren osagai nagusia da. Melamina-aparra grafeno oxidoaren koloidal-suspentsioan murgildu zen grafeno oxidoz estalitako melamina-aparra prestatzeko, eta ondoren, grafeno oxidoa grafeno oxido erreduzituan erreduzitu zen metodo hidrotermal bat erabiliz.
3.5 cm-ko diametroa eta 1.6 cm-ko lodiera duen grafeno oxido erreduzituz estalitako melamina-aparra erraz fabrikatzen da eta bere kolorea beltz iluna da.
Hiru dimentsioko mikroskopio optiko bidez behatutako grafeno oxidoz estalitako melamina-apar materialaren gainazalaren zimurtasunak 300 μm baino gehiagoko altuera-aldaketa erakutsi zuen. Eguzki-energia termiko bihurtzeko konpositeen gainazal-egitura zimurtsua melamina-aparraren egitura porotsuari zor zaio batez ere, eta grafeno oxido erreduzitu aldatuak gainazalaren zimurtasuna ere handitzen du.
Gainazaleko zimurtasunak eguzki-xurgapenaren gainazala areagotzen du, eta, aldi berean, eguzki-argiaren sakabanaketa anitz handitzen du, eta horrela sistemaren eguzki-bero bihurketa-eraginkortasuna hobetzen du. Prestatutako melamina-aparren mikroegitura handitze desberdinetan. Grafeno oxidoz estalitako melamina-aparren gainazalak zimurtutako eta elkarri lotutako sare-egitura bat erakusten du.
rGOz estalitako melamina-aparrak 20 eta 40 μm arteko poro-tamaina du. Poro irekien egiturak eta gainazal zimurtuak grafeno oxidoaren metaketa errazten dute. Grafeno oxido murriztuz estalitako melamina-aparrak uretan bustitzeko gaitasun ona du, melamina-aparren porotsuaren hidrofilitatea dela eta.
Ur tanta batek grafeno oxido erreduzituz estalitako melamina-aparren gainazala ukitzen duenean, 0.5 segundotan guztiz xurgatzen da. Grafeno oxido erreduzituz egindako konpositeen gainazal hidrofilikoak drainatze azkarra gidatu dezake egitura porotsuaren barruan. Grafeno oxido erreduzituz estalitako melamina-aparren porositatea zehaztu zen ura xurgatu aurretik eta ondoren izandako masa-aldaketak alderatuz.
Grafeno oxidoz estalitako melamina-aparrak duen porositatea % 85.55era irits daiteke. Grafeno oxido murriztuz estalitako melamina-aparrak eguzki-energiaren xurgapenak zuzenean eragiten dio sistemaren eguzki-bero bihurtzeko eraginkortasunari. Gatzarekiko erresistentzia ebaluatzeko, grafeno oxido murriztuz estalitako melamina-aparra sodio kloruro disoluzio batean jarri zen (% 3.5 pisuan).
Ondoren, 3 g sodio kloruro solido jarri ziren goiko gainazalean eta Tergoz estalitako melamina-aparra 1 kW m−2-ko eguzki-dentsitatearekin jarri zen. Gatz solidoaren kantitatea pixkanaka disolbatzen da 120 minutu igaro ondoren.
Eguzki-argia rGOz estalitako melamina-aparra gainazalean sartzen denean , rGOz estalitako melamina-aparra tenperatura azkar igotzen da minutu gutxiren buruan eta 35 °C-tan mantentzen da lurruntze-prozesu osoan zehar. Gatzaren disolbagarritasuna tenperaturaren araberakoa denez, zenbat eta tenperatura handiagoa izan, orduan eta azkarrago disolbatzen da gatza eta, beraz, gatz-burdina gainazaleko uretan berriro disolbatu daiteke.
Grafeno oxido murriztuz estalitako melamina-aparrak, ur-xurgapen handiko poro ugari dituenak eta goiko gainazalera etengabeko ur-hornidura eman diezaiokeenak, gatzak goiko gainazaletik uraren azpigeruzara mugi daitezke. Tenperatura-aldaketek gazitasun-aldaketak eragiten dituzte goiko lurruntze-gainazalaren eta gorputzaren artean.
Eguzki-energiaren xurgapen banda zabala eta eraginkorra lortzeko, melamina-aparra melamina-apar hidrofiliko porotsuarekin aldatu zen, horrela eguzki-xurgapenaren azalera handituz eta sakabanaketa anizkoitza handituz.
rGOz estalitako melamina-aparrean oinarritutako eguzki-interfazeko lurruntze-sistemak erantzun termiko azkarra erakusten du 1 kW m−2-ko eguzki-potentzia-dentsitatearekin, % 89.6ko eguzki-energia termikoaren bihurketa-eraginkortasun egonkorra lortuz.
Azkenik, grafeno oxido erreduzituz estalitako melamina apar-lurrungailu bat integratu genuen eguzki-destilagailu batean, eta horrek % 56.4ko edateko ura ekoizteko gai da, gatz-metaketarekin 1 kW m−2-tan.
Eguzki-energiaz funtzionatzen duen gatzgabetze-gailu hau uharte isolatuetan edo ozeanoan erabil daitekeela aurreikusten dugu, itsasoko ur ugaritik edo beste ur gazi iturri batzuetatik edateko ura biltzeko.
Ondorioa
Gatzgabetzeko rGO estaldura duen melamina-aparrak, eguzki-gatzgabetzeko teknologia berritzaile eta eraginkor gisa, potentzial eta aplikazio-aukera handiak ditu. Ur-urriko eremuetarako ur gezako baliabide fidagarriak eskaintzeaz gain, energia tradizionalen mendekotasuna murrizten du, energia-kontsumoa eta ingurumen-kutsadura murrizten ditu.
Ikerketa honen emaitzek ekarpen garrantzitsua egingo dute mundu mailako ur gezako baliabideen eskasiaren arazoa konpontzeko eta garapen jasangarria lortzeko.
SINOYQX Melamina Aparrari buruzko informazio gehiago lortzeko, jar zaitez gurekin harremanetan [email protected] helbidean edo ahots-mezu batekin: +86-28-8411-1861.
Irudi eta testu batzuk Internetetik erreproduzitzen dira, eta egile-eskubideak jatorrizko egilearenak dira. Arau-hausteren bat izanez gero, jar zaitez gurekin harremanetan ezabatzeko.