À medida que a população global cresce, o abastecimento de água doce é mais precioso do que nunca. Embora cientistas e engenheiros saibam como purificar a água, tornar esses métodos sustentáveis ​​e eficientes em termos de energia é outra questão.

Uma abordagem promissora é a destilação movida a energia solar, ou geração de vapor solar, que pode nos ajudar a obter água potável de águas residuais ou do mar. Os pesquisadores usaram este método para destilar com sucesso pequenos lotes de água purificada, mas eles ainda estão procurando uma maneira de fazer isso em grande escala.

Pesquisadores da Pritzker School of Molecular Engineering da University of Chicago e do Argonne National Laboratory, afiliado à UChicago, fizeram parte de uma equipe que desenvolveu um novo método pioneiro de geração de vapor solar que poderia ajudar a trazer essa tecnologia para o mundo real. Os materiais podem ser cultivados em cima de madeira, tecido ou esponjas de uma forma fácil, processo de uma etapa, e são promissores para a fabricação em grande escala.

"As técnicas de geração de vapor solar ainda estão principalmente focadas no uso de laboratório agora, "disse Zijing Xia, um estudante de pós-graduação na Pritzker Molecular Engineering e principal autor da pesquisa. "Queremos encontrar uma maneira fácil de fabricar geradores solares de vapor a um custo relativamente baixo."

Os resultados de seu trabalho inovador foram publicados recentemente na revista. Materiais avançados Interfaces.

Na busca por sistemas de vapor solar, pesquisadores já experimentaram vários materiais que convertem luz em calor, como materiais de carbono, metais plasmônicos e semicondutores. Mas muitas dessas opções têm eficiência relativamente baixa, entre outros desafios, e assim a busca continua por um método verdadeiramente transformador.

Um gerador de vapor solar de alto desempenho combinará idealmente várias características. Deve ser flutuante na água, ser capaz de absorver um amplo espectro de luz, converter luz em calor de forma eficiente e ser capaz de transferir esse calor para a água. Infelizmente, muitos métodos previamente estudados carecem da estrutura porosa necessária para facilitar a transferência de calor para a água.

"A maioria dos métodos existentes não pode ser facilmente projetada para produzir dispositivos geradores de vapor com controle arbitrário sobre a forma e alta eficiência fototérmica, "Disse Xia.

O que diferencia o método de Xia é o uso de uma estrutura orgânica covalente de porfirina, ou POF. Uma classe de materiais recém-descoberta, POFs podem crescer uniformemente na superfície de uma variedade de materiais com diferentes níveis de porosidade, e apresentam alto desempenho para evaporação de água. Os POFs também têm características exclusivas de coleta de luz, benéficas para novas aplicações.

No laboratório, Os POFs cresceram com sucesso nas superfícies interna e externa de cada material testado. E cada modelo mostrou propriedades fototérmicas favoráveis, indicando que os materiais à base de POF são candidatos promissores para a geração de vapor solar. A membrana POF foi capaz de capturar mais de 95 por cento da luz na maior parte do espectro da luz solar.

O resultado mais promissor da pesquisa, Xia disse, era a capacidade dos POFs de crescer na superfície de muitos tipos diferentes de materiais, incluindo membranas, tecidos, esponjas e madeira. A madeira mostrou um desempenho particularmente forte, com pesquisadores medindo cerca de 80 por cento da eficiência de conversão de luz em vapor.

A capacidade dos POFs de crescer em muitos tipos de materiais os torna facilmente adaptáveis ​​para uso com materiais disponíveis localmente. Essa versatilidade, juntamente com o fácil, processo de fabricação de uma etapa, poderia tornar o método prático para produção em grande escala.

A abordagem baseada em POF provou ser altamente eficaz em um ambiente de laboratório, e a equipe de pesquisa planeja conduzir novos experimentos fora do laboratório para observar o desempenho prático dos POFs.

Até aqui, a pesquisa sugere que os POFs podem ajudar a impulsionar os sistemas sustentáveis ​​de purificação de água do futuro.

"O design de engenharia de interface baseado em POF mostra uma promessa para métodos de purificação em grande escala, e também pode ser usado para dessalinização, tratamento de águas residuais e além, "Disse Xia.