Kondensor uap air baru mengambil isyarat dari kumbang yang mulai gelap
HI-Tech

Kondensor uap air baru mengambil isyarat dari kumbang yang mulai gelap


Di sebelah kiri, lihat unit kondensor. Di sebelah kanan, tampilan dekat dari air yang ditumpahkan unit. Kredit: Ming Zhou, UW-Madison

Akses ke air bersih adalah masalah besar di seluruh dunia. Bahkan di daerah dengan sumber daya air, kurangnya infrastruktur atau energi yang dapat diandalkan berarti menjernihkan air terkadang sangat sulit.

Itulah mengapa kondensor uap air yang dirancang oleh insinyur University at Buffalo dan University of Wisconsin-Madison bisa menjadi revolusioner. Tidak seperti kondensor uap radiasi lainnya yang hanya dapat beroperasi pada malam hari, desain baru ini bekerja di bawah sinar matahari langsung dan tidak memerlukan masukan energi.

“Kami telah mengerjakan teknologi penguapan air yang digerakkan oleh tenaga surya dalam beberapa tahun terakhir,” kata Qiaoqiang Gan, Ph.D., profesor teknik kelistrikan di UB dan penulis koresponden terkemuka. “Kami sekarang menangani paruh kedua siklus air, kondensasi.”

“Keberlanjutan air adalah masalah global,” kata Zongfu Yu, Ph.D., profesor teknik listrik dan komputer di UW-Madison, penulis koresponden terkemuka lainnya. “Anda tidak dapat menyelesaikan masalah air tanpa menangani energi.”

Yu, Gan, dan siswanya mendeskripsikan kondensor uap radiasi baru di jurnal Prosiding National Academy of Sciences, diterbitkan secara online 31 Maret.

Teknologi meminjam dari kumbang gelap

Ide pendinginan radiatif bukanlah hal baru. Faktanya, itu digunakan di alam oleh serangga seperti kumbang gelap yang ditemukan di Gurun Namib di barat daya Afrika. Selama malam yang cerah ketika suhu lingkungan dingin, cangkang kumbang yang gelap mengeluarkan panas ekstra dalam kisaran inframerah-tengah, yang juga dikenal sebagai jendela transparansi atmosfer. Panas itu secara alami memancar menuju atmosfer bagian atas Bumi yang sejuk dan ruang angkasa yang dingin.

Kehilangan panas ini menurunkan suhu kumbang di bawah titik embun, atau suhu di mana uap air di udara mengembun menjadi tetesan pada permukaan yang lebih dingin (bayangkan segelas es teh di hari yang panas). Kumbang kemudian dapat memanen air itu, menggunakan alur dan struktur khusus untuk mengarahkan kelembapan ke mulutnya.

Selama beberapa dekade terakhir, para peneliti telah merancang pengumpul embun berdasarkan prinsip yang sama, menggunakan bahan khusus yang secara efisien melepaskan panas seperti yang dilakukan cangkang kumbang. Masalahnya, para kolektor itu hanya bekerja pada malam hari karena sinar matahari menghasilkan panas lebih banyak daripada yang bisa dihasilkan material.

Dalam proyek ini, tim yang dipimpin oleh peneliti pascadoktoral UW-Madison, Ming Zhou, membangun kondensor uap kecil menggunakan film tipis dari bahan yang disebut polydimethylsiloxane (PDMS) yang sangat efisien dalam melepaskan radiasi termal di jendela transparansi atmosfer. Mereka melapisinya di atas perak, yang memantulkan sinar matahari. Kombinasi keduanya mampu mendinginkan kondensor di bawah titik embun sehingga terjadi kondensasi.

Terbuat dari bahan yang banyak tersedia dan tidak mahal

Zhou menguji perangkat tersebut dengan menempatkannya di dalam ruang kondensasi seperti kotak di samping ruang yang berisi bahan pengumpul embun yang tersedia secara komersial serta benda hitam sederhana. Tim memompa udara yang dilembabkan ke dalam tiga ruang, yang mereka posisikan di atas gedung UW-Madison dan, selama tes lain, garasi parkir. Polydimethylsiloxane adalah satu-satunya bahan yang mengembunkan uap air saat berada di bawah sinar matahari langsung.

“Pada dasarnya, kondensor radiasi kami direkayasa untuk berada dalam ‘kontak termal’ dengan reservoir dingin yang luas di atmosfer atas dan di luar angkasa,” kata salah satu penulis Mikhail Kats, seorang profesor teknik listrik dan komputer UW-Madison. “Daya pendinginan yang diperoleh melalui kontak termal ini memungkinkan kondensasi air siang hari tanpa memerlukan sumber daya eksternal.”

Manfaat lain adalah bahwa polydimethylsiloxane tersedia secara luas, bahan yang relatif murah dan dukungan perak tidak diperlukan agar kondensor berfungsi.

“Biaya dan ketersediaan bahan telah menjadi penghalang untuk jenis aplikasi ini. Tetapi tidak demikian halnya di sistem kami, yang lebih mendekati kenyataan,” kata Gan.

Startup Sunny Clean Water sedang mengkomersialkan teknologi tersebut

Saat ini, Yu dan Gan berharap untuk mengkomersialkan kondensor melalui perusahaan mereka Sunny Clean Water LLC dengan memasangkannya dengan proses pasif lain yang telah mereka teliti, pembangkit uap surya. Ide mereka adalah menciptakan sistem di mana air yang tidak diolah atau bahkan air laut diuapkan, kemudian dialirkan melalui kondensor untuk memurnikannya dengan menggunakan matahari sebagai satu-satunya sumber energi.

Akhirnya, tim berharap sistem tersebut cukup efisien untuk menghasilkan air langsung dari udara. Ini adalah proses yang sedang mereka optimalkan. “Eksperimen ini dilakukan dengan menggunakan uap air yang terkontrol,” kata Yu. “Sekarang, langkah selanjutnya adalah menarik air langsung dari udara. Itu sangat, sangat menarik bagi kami — mendapatkan air dari udara secara gratis tanpa menggunakan energi.”


Pendinginan radiasi dan pemanas matahari dari satu sistem, tidak perlu listrik


Informasi lebih lanjut:
Ming Zhou dkk. Kondensasi uap dengan pendinginan radiatif siang hari, Prosiding National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073 / pnas. 2019292118

Disediakan oleh Universitas di Buffalo

Kutipan: Kondensor uap air baru mengambil isyarat dari kumbang gelap (2021, 1 April) diambil 1 April 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-04-vapor-condenser-cues-darkling-beetle.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Keluaran SGP