De voorziening van schoon drinkwater is in veel regio's altijd als een fundamenteel mensenrecht beschouwd, maar de situatie in veel delen van de wereld is heel anders. De derde wereld heeft gestreden om schoon drinkwater. Een nieuw op laser gebaseerd aluminium sanitair systeem kan ontwikkelingslanden helpen om schoon water te leveren en levens te redden.
Een onderzoeksteam onder leiding van Subhash Singh van het Institute of Optics aan de Universiteit van Rochester in New York gelooft dat op zonne-energie gebaseerde waterzuivering de sleutel kan zijn tot het leveren van duurzaam schoon water aan de snelgroeiende wereldbevolking. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Sustainability.
De Wereldgezondheidsorganisatie heeft ultraviolette straling om transparante flessen in de zon te steriliseren en ondoorzichtige containers met hitte te steriliseren genoemd als methoden om water gedurende een bepaalde periode te reinigen. Er zijn ook veel systemen op de markt die zonlicht gebruiken om water te zuiveren. Maar deze systemen hebben duidelijke gebreken: problemen met de schaalbaarheid. Een systeem dat een kleine groep mensen of een gezin kan desinfecteren, is misschien niet erg handig bij het desinfecteren van een hele stad of dorp. In combinatie met de gerelateerde kosten van het waterdesinfectiesysteem, kan 1 op de 9 mensen (ongeveer 785 miljoen mensen) geen schoon water krijgen. Onder hen sterven elk jaar 1 miljoen mensen door gebrek aan schoon water.
Het onderzoeksteam ontdekte verschillende problemen met het huidige waterzuiveringssysteem, met name het probleem van door zonne-energie aangedreven scheidingsvlakverdamping. Deze omvatten, maar zijn niet beperkt tot: het onvermogen om de zonnevolggrens van de interface-verdamper te regelen, wat betekent dat wanneer de hoek van de zon verandert, de optische concentratie zal afnemen, wat resulteert in een afname van het desinfectievermogen. Een ander probleem is het blokkerende effect dat de efficiëntie van de apparatuur ernstig vermindert.
Aangezien het huidige zonne-sterilisatiesysteem een GG-quotum gebruikt; bottom-up GG-quot; verwarmingssysteem gaat de meeste opgewekte energie verloren door de verdamping van water en lucht. Sommige systemen lossen dit efficiëntieprobleem op door een systeem voor het opwekken van thermische zonne-energie op het lucht / water-grensvlak te introduceren. Aangezien dit oppervlak op het water drijft, kan het niet nauwkeurig worden gepositioneerd om naar het invallende licht te kijken, en het verstoppingsprobleem zal worden verergerd door contact met het kernwater.
Daarnaast is er een heel belangrijk probleem: de huidige zonnereinigers kunnen alleen biologische vervuiling elimineren. Er zijn ook een groot aantal andere verontreinigende stoffen, vooral zware metalen, die niet zijn behandeld.
Het team stelde voor om een oppervlak te gebruiken met superwaterabsorptie en superlichtabsorptie om water te zuiveren met zonne-energie. Dit oppervlak met superwaterabsorptie en superlichtabsorptie is samengesteld uit aluminium, dat gemakkelijk te verkrijgen en goedkoop is.
Traditioneel onbehandeld aluminium heeft echter niet de poreuze eigenschappen die nodig zijn voor wateropname. Bovendien is het oppervlak reflecterend, zodat het geen licht absorbeert. Om dit probleem op te lossen heeft het onderzoeksteam aluminium gelaserd met femtoseconde laserpulsen. Door het poreuze oppervlak dat door deze laserbehandeling ontstaat, kan het water onder invloed van de zwaartekracht met een constante snelheid van ongeveer 2 millimeter per seconde stromen. Dit betekent dat water kan worden getransporteerd naar het zonne-absorptie-oppervlak voor desinfectie.
Daarom kan dit poreuze oppervlak onder elke hoek op het drijvende platform worden geïnstalleerd om de inval van zonnestralen te vergroten. Dit betekent ook dat dit paneel is aangesloten op het zonvolgsysteem om het traject van de zon' te volgen en het desinfectieniveau in de beste conditie te houden.
De onderzoekers concentreerden zich ook op de vorm van dit poreuze oppervlak en hoe het warmte via water afvoert. Ze ontdekten dat het U-vormige oppervlak contact met het wateroppervlak kan minimaliseren, waardoor het momenteel het meest energie-efficiënte model is. Tot dusverre is de verdampingssnelheid die het team heeft geregistreerd zelfs hoger dan de ideale apparatuur in een 100% efficiënte bedrijfstoestand.
Het onderzoeksteam testte niet alleen biologisch verontreinigd water, maar ook water dat verontreinigd was door andere verontreinigende stoffen zoals metalen, huishoudelijk en landbouwafval. Uit hun onderzoek bleek dat de dichtheid van water met 4 tot 5 ordes van grootte daalde. Voldoe aan de WHO-norm voor veilig drinkwater.