Perubahan kecil pada desain membran dapat berdampak besar pada kinerja membran baru teknologi dikembangkan di KAUST yang menggunakan limbah panas dari sel surya untuk desalinasi air laut. Panel surya bisa menjadi sangat panas—lebih hangat 40 derajat Celcius dibandingkan suhu udara sekitar di daerah kering. Kondisi ini muncul karena sel fotovoltaik silikon biasanya hanya mengubah seperempat energi matahari yang diserap menjadi listrik sementara sisanya memanaskan sel. Suhu pengoperasian yang ekstrem mengurangi efisiensi dan umur sel.
Pada tahun 2019, Peng Wang dan timnya menyadari bahwa limbah panas sel surya dapat digunakan untuk pemurnian air. Mereka mengembangkan perangkat yang menempel di bawah panel fotovoltaik dan menarik air laut ke dalam serangkaian saluran berlapis. Air yang diuapkan di saluran paling atas oleh panas sel surya melewati membran berpori ke lapisan bawah, di mana ia didistilasi ulang. Setelah tiga lapis pemurnian, air tawar diproduksi dengan kecepatan mendekati 1.6 liter per jam.
Bahkan dengan pendinginan air, bagaimanapun, tim menemukan bahwa suhu pengoperasian panel fotovoltaik mereka tetap tinggi. Untuk mengatasinya, peneliti Wenbin Wang dan Sara Aleid membantu mengembangkan model teoritis untuk mengeksplorasi hubungan antara parameter membran tertentu, seperti ketebalan dan porositas, dengan panas sel surya.
“Menyadari suhu sel surya yang lebih rendah bergantung pada pengaturan perpindahan panas melalui membran hidrofobik di perangkat multistage,” jelas Wang. “Hanya dengan memodulasi parameter membran, kami menemukan bahwa memanfaatkan membran hidrofobik yang lebih tipis dengan porositas yang lebih tinggi memungkinkan kinerja desalinasi yang lebih tinggi dan suhu sel surya yang lebih rendah dapat dicapai secara bersamaan.”
Mengambil hasil ini dari laboratorium ke lingkungan dunia nyata membutuhkan tim untuk meminimalkan kebutuhan energi dan limbah produk sampingan yang terkait dengan desalinasi. Mengambil inspirasi dari teknologi infus yang digunakan dalam jalur intravena, para peneliti mengembangkan sistem yang digerakkan oleh gravitasi yang memasukkan air laut ke dalam perangkat sel surya tanpa pompa eksternal. Selain itu, kain khusus menghilangkan garam dan mineral padat, menghindari pelepasan air garam cair beracun.
“Karena perangkat kami bertujuan untuk menghilangkan garam air laut dan menyediakan listrik untuk komunitas off-grid, mengandalkan pompa mekanis untuk mengontrol laju aliran sumber air bukanlah pilihan yang baik,” jelas Wang.
Eksperimen, termasuk tes luar ruangan di kampus KAUST yang cerah, mengungkapkan bahwa desain membran baru ditingkatkan listrik generasi sebesar 8 persen sementara juga menggandakan tingkat generasi air tawar sebelumnya.