Zoet water is in veel delen van de wereld schaars en moet tegen hoge kosten worden verkregen. Gemeenschappen in de buurt van de oceaan kunnen voor dit doel zeewater ontzilten, maar daarvoor is een grote hoeveelheid energie nodig. Verder weg van de kust is de condensatie van de luchtvochtigheid door middel van koeling vrijwel vaak de enige optie die overblijft, hetzij via processen die vergelijkbare processen vereisen. hoge energie-input of door ‘passieve’ technologieën te gebruiken die gebruik maken van de temperatuurschommelingen tussen dag en nacht. Met de huidige passieve technologieën, zoals dauwopvangfolies, kan water echter alleen 's nachts worden onttrokken. Dit komt doordat de zon de folies overdag verwarmt, waardoor condensatie onmogelijk is.
Zelfkoeling en bescherming tegen straling
Onderzoekers van ETH Zürich hebben nu een technologie waarmee ze voor het eerst 24 uur per dag water kunnen oogsten, zonder enige energie-input, zelfs onder de brandende zon. Het nieuwe apparaat bestaat in wezen uit een speciaal gecoate glasplaat, die zowel de zonnestraling reflecteert als zijn eigen warmte via de atmosfeer naar de ruimte uitstraalt. Het koelt zichzelf dus af tot maar liefst 15 graden Celsius (59 graden Fahrenheit) onder de omgevingstemperatuur. Aan de onderzijde van deze ruit condenseert waterdamp uit de lucht tot water. Het proces is hetzelfde als in de winter bij slecht geïsoleerde ramen.
De wetenschappers bedekten het glas met speciaal ontworpen polymeer- en zilverlagen. Deze speciale coatingmethode zorgt ervoor dat de ruit infrarode straling uitzendt bij een specifiek golflengtevenster naar de ruimte, zonder absorptie door de atmosfeer of terugkaatsing op de ruit. Een ander belangrijk element van het apparaat is een nieuw kegelvormig stralingsscherm. Het buigt de warmtestraling van de atmosfeer grotendeels af en schermt de ruit af tegen inkomende zonnestraling, terwijl het apparaat de bovengenoemde warmte naar buiten kan uitstralen en zo zichzelf volledig passief kan koelen.
Dicht bij het theoretische optimum
Zoals tests van het nieuwe apparaat onder reële omstandigheden op het dak van een ETH-gebouw in Zürich hebben aangetoond, kan de nieuwe technologie minstens twee keer zoveel water per gebied per dag produceren als de beste huidige passieve technologieën op basis van folies: de kleine pilot systeem met een ruitdiameter van 10 centimeter leverde 4.6 milliliter water per dag onder reële omstandigheden. Grotere apparaten met grotere ruiten zouden dienovereenkomstig meer water produceren. De wetenschappers konden aantonen dat ze onder ideale omstandigheden tot 0.53 deciliter (ongeveer 1.8 fluid ounce) water per vierkante meter ruitoppervlak per uur konden oogsten. Dit ligt dicht bij de theoretische maximale waarde van 0.6 deciliter (2.03 ounce) per uur, die fysiek onmogelijk te overschrijden is.
Andere technologieën vereisen meestal dat het gecondenseerde water van een oppervlak wordt geveegd, wat energie vereist. Zonder deze stap zou een aanzienlijk deel van het gecondenseerde water aan het oppervlak blijven kleven en onbruikbaar blijven terwijl verdere condensatie wordt verhinderd. Onderzoekers brachten een nieuwe superhydrofobe (extreem waterafstotende) coating aan op de onderkant van de ruit in hun watercondensor. Dit zorgt ervoor dat het gecondenseerde water parelt en uit zichzelf wegloopt of springt. “In tegenstelling tot andere technologieën kunnen de onze echt functioneren zonder extra energie, wat een belangrijk voordeel is.
Het doel van de onderzoekers was om een technologie te ontwikkelen voor landen met waterschaarste en in het bijzonder voor ontwikkelings- en opkomende landen. Nu, zeggen ze, hebben andere wetenschappers de mogelijkheid om deze technologie verder te ontwikkelen of te combineren met andere methoden, zoals waterontzilting, om hun opbrengst te verhogen. De productie van de gecoate ruiten is relatief eenvoudig en het bouwen van condensors die groter zijn dan het huidige pilotsysteem zou mogelijk moeten zijn. gelijk aan de manier zonnepanelen Omdat er meerdere modules naast elkaar zijn opgesteld, kunnen er ook meerdere watercondensors naast elkaar worden geplaatst om een grootschalig systeem samen te stellen.