ERR DIACHE! Esponja crea vapor a partir de la luz solar ambiental.

¿Cómo se puede hervir el agua? Evitando la caldera tradicional y las llamas, los ingenieros del MIT han inventado un dispositivo de burbuja envuelta, similar a una esponja que absorbe la luz solar natural y calienta el agua a temperaturas de ebullición,  generando vapor a través de sus poros.

El diseño, que los investigadores llaman un "generador de vapor solar," no requiere espejos caros o lentes para concentrar la luz solar, sino que se basa en una combinación de materiales relativamente de baja tecnología para capturar la luz del sol ambiente y se concentra en forma de calor. El calor se dirige entonces hacia los poros de la esponja, que atraen el agua y la liberan en forma de vapor.

A partir de sus experimentos, incluyendo una en la que se colocan simplemente la esponja solar en el tejado del edificio del MIT-3 los investigadores encontraron que la estructura se calienta el agua a su temperatura de ebullición de 100 grados centígrados, incluso en días nublados, relativamente frías. La esponja también convirtió 20 por ciento de la luz solar entrante en vapor.

El diseño de baja tecnología puede ofrecer alternativas de bajo costo para aplicaciones que van desde la desalinización y el calentamiento de agua residencial, al tratamiento de aguas residuales y la esterilización herramienta médica.

El equipo ha publicado sus resultados hoy en la revista Nature Energía. La investigación fue dirigida por George Ni, un estudiante graduado del MIT; y Chen Gang, el profesor Carl Richard Soderberg en Ingeniería de energía y el jefe del Departamento de Ingeniería Mecánica; en colaboración con Tiejun Zhang y sus miembros del grupo Hongxia Li y Yang Weilin del Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales en el Instituto Masdar de Ciencia y Tecnología, en los Emiratos Árabes Unidos.

Construyendo el sol

El diseño actual de los investigadores se basa en una estructura de absorción de energía solar que desarrollaron en 2014 -flotantes similares, material de tipo esponja hecha de grafito y espuma de carbono, que fue capaz de hervir el agua a 100 C y convertir el 85 por ciento de la luz solar entrante a vapor.

Para generar vapor a niveles tan eficientes, los investigadores tuvieron que exponer la estructura a la luz solar simulada que era 10 veces la intensidad de la luz solar en condiciones normales, ambiente.

"Fue relativamente baja concentración óptica", dice Chen. "Pero me preguntaba, '¿Podemos básicamente hervir agua en una azotea, en condiciones normales, sin concentrarse ópticamente la luz del sol? Esa fue la premisa básica."

Con la luz del ambiente, los investigadores encontraron que, mientras la estructura de grafito negro absorbe bien la luz del sol, sino que también tiende a radiar el calor hacia fuera en el medio ambiente. Para reducir al mínimo la cantidad de calor que se pierde, el equipo buscó materiales que atraparan mejor la energía solar.

plástico de burbujas, en combinación con un absorbente selectivo, mantiene el calor se escape de la superficie de la esponja. Crédito: Instituto Tecnológico de Massachusetts

Una solución burbujeante

En su nuevo diseño, los investigadores establecieron en una película-un absorbente espectral selectivo fino, azul, metálico similar que se utiliza comúnmente en los calentadores de agua solares y posee propiedades absorbentes únicas. El material absorbe la radiación en el rango visible del espectro electromagnético, pero no irradia en el rango infrarrojo, lo que significa que tanto absorbe la luz solar y atrapa el calor, lo que minimiza la pérdida de calor.

Los investigadores obtuvieron una lámina delgada de cobre, elegido por su capacidad de conducción del calor y recubierto con el absorbente espectral selectivo. A continuación, montar la estructura en un pedazo térmicamente aislante de espuma flotante. Sin embargo, encontraron que a pesar de que la estructura no irradian más calor de vuelta al medio ambiente, el calor se sigue escapando a través de convección, en el que se mueve moléculas de aire tales como el viento, naturalmente enfriar la superficie.

Una solución a este problema vino de una fuente inesperada: hija de 16 años de edad, de Chen, que en ese momento estaba trabajando en un proyecto de ciencias en las que se construye un invernadero improvisado a partir de materiales simples, incluyendo el plástico de burbujas.

"Ella era capaz de calentar a 160 grados Fahrenheit, en invierno!" dice Chen. "Fue muy eficaz."

Chen propuso el material de empaque para Ni, como una forma rentable para prevenir la pérdida de calor por convección. Este enfoque permitiría que la luz del sol a través de envoltura transparente del material, mientras que la captura del aire en sus burbujas aislantes.

"Yo era muy escéptico de la idea al principio," Ni recuerda. "Pensé que no era un material de alto rendimiento. Pero hemos probado el más claro plástico de burbujas con las burbujas más grandes para mayor efecto de atrapamiento de aire, y resulta que, funciona. Ahora bien, porque de este plástico de burbujas, que no necesitamos a los espejos concentrar el sol ".

El plástico de burbujas , combinado con el absorbente selectivo, mantiene el calor se escape de la superficie de la esponja. Una vez atrapado el calor, la capa de cobre llevó a cabo el calor hacia un solo orificio, o canal, que los investigadores habían perforado a través de la estructura. Cuando colocaron la esponja en agua, se encontraron con que el agua deslizado hasta el canal, donde se calentó a 100 ° C, luego se volvió a vapor.

Chen y Ni dicen que los absorbedores solares basadas en este diseño general podrían ser utilizados como hojas grandes para desalinizar pequeños cuerpos de agua , o para el tratamiento de aguas residuales. Ni dice otras tecnologías basadas en la energía solar que se basan en tecnologías de concentración ópticos normalmente están diseñados para durar 10 a 20 años, aunque requieren piezas costosas y mantenimiento. Este nuevo diseño, de baja tecnología, dice, podría funcionar durante uno o dos años antes de necesitar ser reemplazada.

"Aún así, el costo es muy competitivo", dice Ni. "Es una especie de un enfoque diferente, donde antes, la gente estaba haciendo de alta tecnología y largo plazo [absorbedores solares]. Estamos haciendo de baja tecnología y de corto plazo."