Benchmarking i evaluacija performansi tehnologija solarnog termalnog isparavanja i sakupljanja atmosferske vode

S obzirom na to, profesor Tan Swee Ching sa Nacionalnog univerziteta u Singapuru i drugi nedavno su objavili pregledni članak pod naslovom "Najbolje prakse za solarne tehnologije proizvodnje vode" o održivosti prirode. Problemi i nesporazumi u procesu testiranja tehnologije sakupljanja atmosferske vode, karakterizacije i izvještavanja, najbolje prakse za standardizirano testiranje i evaluaciju performansi za rješavanje gore navedenih problema su predloženi i detaljno razmotreni, te su formulirane industrijske norme i standardi za srodna ispitivanja. Ova strategija pruža nove ideje za razvoj tehnologije proizvodnje solarne vode.

a) Solarna fototermalna tehnologija isparavanja interfejsa, b) Šematski dijagram principa rada adsorpcione tehnologije sakupljanja atmosferske vode.

Za solarnu fototermalnu tehnologiju isparavanja: članak prvo naglašava važnost stabilnog i ujednačenog izlaza AM 1,5 za simulaciju sunčeve svjetlosti. Za suzbijanje dodatnog unosa topline iz izvora svjetlosti i okoline, autori preporučuju korištenje konca za svjetlosno testiranje i dalje preporučuju neophodnu pre-testnu inkapsulaciju fototermalnog isparivača kako bi se smanjila toplina između neeksponiranih područja i razmjena kvaliteta zraka. Okruženje bez vjetra ključno je za valjanost i uporedivost testnih podataka. Kako bi se interferencija gore navedenih faktora što je više moguće razblažila i zadržala tačnost testnih podataka, u članku se preporučuje korištenje uzoraka velikih dimenzija za ispitivanje isparavanja svjetlosti. Osim toga, autori naknadno naglašavaju važnost simulacijskih alata u osiguravanju i validaciji razumne validnosti metode ispitivanja.

U polju fototermalnog isparavanja, jedan od najreprezentativnijih parametara performansi je brzina isparavanja, ali ovaj parametar ne može istinski odražavati količinu vode koja se koristi u isparivaču po jedinici površine i vremenu. To je zato što se brzina isparavanja mjeri posmatranjem gubitka mase sistema, zanemarujući proces kondenzacije u sistemu, a istinski značajni kapacitet proizvodnje vode, stopu sakupljanja vode, treba testirati na povećanje mase (prirast mase) . U članku, autori ističu važnost izvješćivanja o stopama prikupljanja vode i detaljno razmatraju kratkoročnu referentnu strategiju za efikasnu fototermalnu evaporativne kondenzacije.

Osim koncentracije jona soli, u članku se ističe da su organska i mikrobna ispitivanja također neizostavna karika u kompletnom procesu ispitivanja kvaliteta vode, na što treba obratiti pažnju i akademska zajednica. Autori dalje formulišu mehanizam regulacije i kriterijume evaluacije entalpije isparavanja na fototermalnoj granici ispod mikro-nano strukture, što daje teorijsku osnovu za pojašnjenje mehanizma fototermalnog isparavanja.

Za tehnologiju prikupljanja atmosferske vode adsorpcionog tipa na solarni pogon: članak prvo naglašava važnost testova adsorpcije pune vlažnosti izoterme i fokusira se na istraživanje raspona vlažnosti od 0-20 posto, jer objašnjava ponašanje adsorpcije pri niskoj vlažnosti može bolje. Pomaže u razumijevanju procesa interakcije čvrstog i plina i orijentacije adsorpcionih mjesta, te je korisno za usmjeravanje dizajna adsorbirajućih materijala visokih performansi pogodnih za sušne klime. Autor također preporučuje test izotermne adsorpcije na više temperatura i test izobarične desorpcije s više tlaka za simulaciju i predviđanje radnih karakteristika materijala za zahvat atmosferske vode u različitim radnim uvjetima. Vrijedi napomenuti da se u članku ističe da je kinetika adsorpcije i desorpcije atmosferske vode pogodnija za eksperimentalnu ocjenu pomoću uređaja velikih razmjera, te se ne preporučuje korištenje malih uzoraka kao što su čestice i prahovi za ispitivanje, jer prvi može realističnije vratiti operativne scenarije iz stvarnog života. Prijenos topline i mase unutar materijala.

Još jedna trenutna situacija koja otežava poređenje između različitih materijala u području sakupljanja atmosferske vode je da literatura često koristi različite osnovne parametre performansi za selektivno izvještavanje, a glavna kontradikcija leži u masovnom prinosu (litar/kg·dan) i prinosu površine. (litar /m2 dan). Autori smatraju da gornja dva parametra imaju važnu referentnu vrijednost za ocjenu atmosferskih vodoprivrednih materijala i da ih vrijedi istovremeno izvještavati, jer je ključno postići visok masovni prinos i prinos površine istovremeno. To je zato što bi, u budućnosti, idealni materijali/uređaji za prikupljanje atmosferske vode trebali imati karakteristike minijaturizacije, male težine i visoke stope proizvodnje vode u isto vrijeme.

Osim toga, ograničeno različitim načinima rada i vremenima ciklusa, teško je precizno uporediti dnevne stope proizvodnje vode materijala i uređaja za prikupljanje atmosferske vode. S obzirom na to, autori predlažu kvantitativnu procjenu zahtjeva za energijom desorpcije adsorbirajućeg materijala, odnosno izvještavanje o specifičnom izdašnosti vode: litar/kWh adsorbentskog materijala po jedinici uložene energije. U slučaju određene totalne insolacije, granica proizvodnje vode različitih materijala može se efikasno procijeniti, kako bi se riješili ograničenja različitih načina rada i uvjeta ciklusa.

Sama tehnologija proizvodnje čiste vode na solarni pogon ima prednost što je zelena i održiva, tako da je održivost faze njene primjene u velikoj mjeri određena samim materijalom. Međutim, priprema materijala visokih performansi na skali kilograma s potencijalom povećanja ostaje veliki izazov.