Los estanques de evaporación, que se usan comúnmente en muchas industrias para gestionar las aguas residuales, pueden abarcar acres, ocupando una gran superficie y, a menudo, representan riesgos para las aves y otros animales salvajes. Sin embargo, son una forma económica de lidiar con el agua contaminada porque aprovechande evaporación natural bajo la luz solar para reducir grandes volúmenes de agua sucia a volúmenes mucho más pequeños de desechos sólidos.
Ahora los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Berkeley Lab han demostrado una forma de duplicar la tasa de evaporación mediante el uso de energía solar y aprovechando las propiedades inherentes del agua. El estudio, dirigido por los científicos de Berkeley Lab Akanksha Menon yRavi Prasher, se informa hoy en el diario Sostenibilidad de la naturaleza .
Los estanques de evaporación se usan en plantas de energía, plantas de desalinización, en la industria del petróleo y el gas, y también para la extracción de litio, en la cual la salmuera rica en litio se bombea a vastos estanques de sal hechos por el hombre. Son comunes en China,Australia, Europa, Medio Oriente y partes de los Estados Unidos donde el clima es adecuado árido o semiárido con mucho sol, y estos estanques pueden ser del tamaño de cientos de campos de fútbol, con muchos de ellos sentadoslado a lado.
"Este es un gran problema social que estamos tratando de resolver. Para deshacerse de las aguas residuales o extraer una sal valiosa como el litio, le gustaría aumentar la tasa de evaporación de manera dramática y escalable", dijo Prasher,un experto en energía térmica que también se desempeña como director asociado de Berkeley Lab para el Área de Tecnologías Energéticas. "Si pudiéramos hacerlo, eso podría reducir su impacto ambiental al reducir la cantidad de tierra requerida".
Para maximizar la recuperación de agua de las aguas residuales industriales y la salmuera de desalinización, ha habido un impulso para lograr una "descarga de líquido cero" para que el desecho final sea sólido. El proceso implica una serie de pasos de tratamiento, y el último paso es con frecuencia unestanque de evaporación. Menon, becario postdoctoral de Berkeley Lab, señala que se han propuesto muchas ideas para utilizar la energía solar para acelerar la tasa de evaporación.
"Ha habido varios artículos publicados en los últimos cinco años", dijo. "La mayoría involucra estructuras que absorben la luz solar que flotan en la superficie del agua, como una esponja negra, para localizar el calor, ya que la evaporación es un fenómeno superficial."
Desafortunadamente, tales estructuras porosas tienden a atascarse con los contaminantes que están tratando de separar. "Entonces, con el tiempo, el rendimiento de los absorbentes flotantes cae dramáticamente", dijo Menon. "A veces las sales se atascan en elsuperficie y reflejará la luz solar en lugar de absorberla "
Transformando la longitud de onda de la luz solar
Los investigadores de Berkeley Lab buscaron una solución que pudiera evitar tales problemas. "Nos dimos cuenta de que si observamos las propiedades del agua, tiene una absorción muy fuerte en el rango de longitud de onda del infrarrojo medio", dijo Menon. "Si brillas a la mitad-la luz infrarroja sobre el agua, la absorberá con tanta fuerza que retiene todo ese calor en una capa muy delgada "
El equipo decidió construir un dispositivo que comparan con un "transformador de radiación", que toma energía de la luz solar en el rango de 400 a 1,500 nanómetros y la convierte a 3,000 nanómetros o más, que está en el rango infrarrojo medio.
Los científicos de Berkeley Lab demostraron el concepto en el laboratorio utilizando una solución saturada de sal de mesa. En su experimento, su dispositivo prototipo mejoró la tasa de evaporación en más del 100% sobre la evaporación natural. Agregan que existe el potencial de aumentar la evaporaciónen un 160% al optimizar el diseño térmico.
Su dispositivo fototérmico, una lámina plana que absorbe selectivamente la energía solar por un lado y emite energía infrarroja media por el otro, se asienta sobre el agua en un estanque de evaporación como un paraguas ". Un sitio puede tener una matrizde estas sombrillas solares, probablemente sentadas en postes de carpas, aproximadamente a un pie más o menos sobre el agua ", dijo Menon.
Los investigadores señalaron que tales paraguas solares también podrían desempeñar un papel en las plantas de desalinización, que están surgiendo como una solución para la creciente demanda de agua en todo el mundo, pero la eliminación del subproducto - salmuera concentrada - sigue siendo un problema. BerkeleyLab lidera la Alianza Nacional para la Innovación del Agua NAWI, a la que el DOE le otorgó el Centro de Desalinización de Agua y Agua de $ 100 millones a principios de este año.
"Si va a hacer una desalinización a gran escala, uno de los mayores desafíos es cómo encontrar tecnologías escalables", dijo Prasher. "Esta es potencialmente una tecnología de descarga cero líquido altamente escalable, que noNo requiere energía porque se basa en la energía solar ".
Prasher dijo que el equipo quiere seguir dos direcciones. La primera es hacer un análisis tecnoeconómico tanto para la extracción de litio como para la descarga de líquido cero para las plantas de desalinización para comprender mejor los costos. La segunda es analizar cómo fabricar el dispositivofuera de un polímero u otro material para reducir aún más el costo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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