Benchmarking e valutazione delle prestazioni delle tecnologie di evaporazione termica solare e raccolta dell'acqua atmosferica

In considerazione di ciò, il professor Tan Swee Ching della National University of Singapore e altri hanno recentemente pubblicato un articolo di revisione intitolato "Best practices for solar water production technologies" on Nature Sustainability. Problemi e incomprensioni nel processo di test, caratterizzazione e reporting della tecnologia di raccolta dell'acqua atmosferica, le migliori pratiche per test standardizzati e valutazione delle prestazioni per affrontare i problemi di cui sopra vengono proposti e discussi in dettaglio e vengono formulate norme e standard di settore per i test correlati. Questa strategia fornisce nuove idee per lo sviluppo della tecnologia di produzione dell'acqua solare.

a) Tecnologia di evaporazione dell'interfaccia fototermica solare, b) Diagramma schematico del principio di funzionamento della tecnologia di raccolta dell'acqua atmosferica ad adsorbimento.

Per la tecnologia di evaporazione dell'interfaccia fototermica solare: l'articolo sottolinea innanzitutto l'importanza di un'uscita stabile e uniforme di AM 1,5 per simulare la luce solare. Per sopprimere l'apporto di calore aggiuntivo dalla sorgente di luce e dall'ambiente, gli autori raccomandano l'uso di un reticolo per il test della luce e raccomandano inoltre l'incapsulamento pre-test necessario dell'evaporatore fototermico per ridurre il calore tra le aree non esposte e lo scambio della qualità dell'aria. Un ambiente senza vento è fondamentale per la validità e la comparabilità dei dati dei test. Al fine di diluire il più possibile l'interferenza dei suddetti fattori e mantenere l'accuratezza dei dati di prova, l'articolo raccomanda l'uso di campioni di grandi dimensioni per la prova di evaporazione della luce. Inoltre, gli autori sottolineano successivamente l'importanza degli strumenti di simulazione nel garantire e convalidare la ragionevole validità del metodo di prova.

Nel campo dell'evaporazione fototermica, uno dei parametri di prestazione più rappresentativi è la velocità di evaporazione, ma questo parametro non può riflettere veramente la resa d'acqua dell'evaporatore utilizzato per unità di superficie e tempo. Questo perché il tasso di evaporazione viene misurato osservando la perdita di massa del sistema, ignorando il processo di condensazione del sistema, e la capacità di produzione di acqua veramente significativa, il tasso di raccolta dell'acqua, dovrebbe essere testata per i guadagni di massa (guadagni di massa). Nell'articolo, gli autori sottolineano l'importanza di riportare i tassi di raccolta dell'acqua e discutono in dettaglio una strategia di riferimento a breve termine per un'efficiente condensazione evaporativa fototermica.

Oltre alla concentrazione di ioni di sale, l'articolo sottolinea che i test organici e microbici sono anche un collegamento indispensabile nel processo completo di test della qualità dell'acqua, a cui dovrebbe prestare attenzione anche la comunità accademica. Gli autori formulano ulteriormente il meccanismo di regolazione ei criteri di valutazione dell'entalpia di evaporazione all'interfaccia fototermica sotto la struttura micro-nano, che fornisce una base teorica per chiarire il meccanismo di evaporazione fototermica.

Per la tecnologia di raccolta dell'acqua atmosferica di tipo ad adsorbimento solare: l'articolo sottolinea innanzitutto l'importanza dei test di adsorbimento isotermico a piena umidità e si concentra sull'esplorazione dell'intervallo di umidità percentuale 0-20, perché chiarisce il comportamento di adsorbimento a bassa umidità può meglio Aiuta a comprendere il processo di interazione solido-gas e l'orientamento dei siti di adsorbimento ed è utile per guidare la progettazione di materiali adsorbenti ad alte prestazioni adatti ai climi aridi. L'autore raccomanda inoltre un test di adsorbimento isotermico multitemperatura e un test di desorbimento isobarico multipressione per simulare e prevedere le caratteristiche operative dei materiali di captazione dell'acqua atmosferica in diverse condizioni di lavoro. Vale la pena notare che l'articolo sottolinea che la cinetica di adsorbimento e desorbimento dell'acqua atmosferica è più adatta per la valutazione sperimentale utilizzando dispositivi su larga scala e non è consigliabile utilizzare campioni su piccola scala come particelle e polveri per i test, perché il primo può ripristinare in modo più realistico scenari operativi della vita reale. Trasferimento di calore e massa all'interno di un materiale.

Un'altra situazione attuale che ostacola il confronto tra diversi materiali nel campo della raccolta dell'acqua atmosferica è che la letteratura utilizza spesso parametri di performance core diversi per la segnalazione selettiva e la principale contraddizione risiede nella resa in massa (litro/kg·giorno) e nella resa in area (litro/mq giorno). Gli autori ritengono che i due parametri di cui sopra abbiano un importante valore di riferimento per la valutazione dei materiali per la raccolta dell'acqua nell'atmosfera e valga la pena di essere riportati contemporaneamente, poiché è fondamentale ottenere contemporaneamente un'elevata resa in massa e una resa superficiale. Questo perché, in futuro, i materiali/dispositivi ideali per la raccolta dell'acqua atmosferica dovrebbero avere le caratteristiche di miniaturizzazione, leggerezza e velocità di produzione d'acqua elevata allo stesso tempo.

Inoltre, limitato da diverse modalità di lavoro e tempi di ciclo, è difficile confrontare con precisione i tassi di produzione giornaliera di acqua dei materiali e dei dispositivi per la raccolta dell'acqua nell'atmosfera. In considerazione di ciò, gli Autori propongono una valutazione quantitativa del fabbisogno energetico di desorbimento del materiale adsorbente, ovvero riportando la resa specifica di acqua: litri/kWh del materiale adsorbente per unità di energia immessa. Nel caso di una certa insolazione totale, è possibile stimare efficacemente il limite di produzione d'acqua di diversi materiali, in modo da eliminare i limiti delle diverse modalità di lavoro e condizioni di ciclo.

La stessa tecnologia di produzione di acqua pulita alimentata dal sole ha il vantaggio di essere ecologica e sostenibile, quindi la sostenibilità della sua fase di applicazione è in gran parte determinata dal materiale stesso. Tuttavia, la preparazione di materiali ad alte prestazioni in scala di un chilogrammo con un potenziale di ampliamento rimane una sfida importante.