שינויים קטנים בעיצוב הממברנה יכולים להשפיע רבות על הביצועים של חדש טֶכנוֹלוֹגִיָה פותח ב-KAUST המשתמש בחום פסולת מתאי שמש לצורך התפלת מי ים. פאנלים סולאריים יכולים להיות חמים להפליא - יותר מ-40 מעלות צלזיוס חם יותר מטמפרטורת האוויר שמסביב באזורים צחיחים. תנאים אלה נוצרים מכיוון שתאי סיליקון פוטו-וולטאיים ממירים בדרך כלל רק רבע מהאנרגיה הסולארית הנספגת לחשמל בעוד שהשאר מחמם את התא. טמפרטורות הפעלה קיצוניות מפחיתות את יעילות התא ואת תוחלת החיים.
בשנת 2019 הבינו פנג וואנג וצוותו כי ניתן להשתמש בחום פסולת של תאים סולאריים לטיהור מים. הם פיתחו מכשיר המתחבר מתחת ללוח פוטו וולטאי ושואב מי ים לסדרה של תעלות שכבות. מים המתאדים בערוץ העליון על ידי חום תאים סולאריים עוברים דרך קרום נקבובי לשכבה תחתונה, ושם היא נזרקת מחדש. לאחר שלוש שכבות טיהור, מים מתוקים מיוצרים בשיעורים הקרובים ל -1.6 ליטר לשעה.
אולם אפילו עם קירור מים, הצוות מצא כי טמפרטורת ההפעלה של הלוח הפוטו -וולטאי שלהם נשארה בעקשנות. כדי לתקן זאת, סייעו החוקרים וונבין וואנג ושרה אלעד לפתח מודל תיאורטי לבחינת הקשר בין פרמטרים מסוימים של קרום, כגון עובי ונקבוביות, לחמימות התאים הסולאריים.
"מימוש טמפרטורה נמוכה יותר של תאים סולאריים מסתמך על ויסות העברת החום דרך הממברנה ההידרופובית במכשיר הרב-שלבי", מסביר וואנג. "פשוט על ידי אפנון הפרמטרים של הממברנה, גילינו כי שימוש בממברנה הידרופובית דקה יותר עם נקבוביות גבוהה יותר מאפשר ביצועי התפלה גבוהים וטמפרטורת תאים סולאריים נמוכים יותר בו זמנית."
הובלת תוצאות אלו מהמעבדה לסביבות בעולם האמיתי דרשה מהצוות למזער את צרכי האנרגיה ואת בזבוז תוצרי הלוואי הקשורים להתפלה. על סמך השראתם מטכנולוגיית אינפוזיה המשמשת בקווים תוך ורידיים, פיתחו החוקרים מערכת מונעת כוח משיכה המזינה מי ים למכשיר התאים הסולאריים ללא משאבות חיצוניות. בנוסף, בד מיוחד מנדף מלחים ומינרלים מוצקים, תוך הימנעות משחרור מי מלח נוזל רעיל.
"מכיוון שהמכשיר שלנו מכוון להתפלת מי ים ולספק חשמל לקהילות מחוץ לרשת, הסתמכות על משאבה מכנית לשליטה על קצב הזרימה של מי מקור אינה בחירה טובה", מסביר וואנג.
ניסויים, כולל בדיקות חוץ בקמפוס KAUST שטוף השמש, גילו כי עיצוב הממברנה החדש הגביר חשמל הדור ב -8 אחוזים תוך הכפלת שיעורי ייצור המים המתוקים הקודמים.