de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam der Harbin Institute of Technology (Shenzhen) veröffentlichte im Journal „Biochar" die neuesten Forschungsergebnisse zur Entwicklung eines hybriden Solarverdampfers, der Sorghumhalm-Biokohle in polyzwitterionisches Hydrogel einbettet, um eine effiziente Umwandlung von Solarenergie in Dampf zu erreichen und gleichzeitig den Wassertransport zu optimieren sowie Wärmeverluste zu reduzieren.
Die Süßwasserknappheit ist eine der größten Herausforderungen für die nachhaltige Entwicklung. Herkömmliche Meerwasserentsalzungstechnologien erfordern in der Regel einen hohen Energieverbrauch und teure Infrastruktur. Die solare Grenzflächenverdampfungstechnologie hat aufgrund der direkten Nutzung sauberer Solarenergie zur Wasseraufbereitung Aufmerksamkeit erregt, jedoch müssen die Materialien gleichzeitig mehrere Funktionen wie Lichtabsorption, Wärmemanagement und Wassertransport erfüllen. Die Forscher stellten aus Sorghumhalmen durch Pyrolyse, Säurewäsche, Kugelmahlen und Sieben Biokohle her und betteten diese in ein Hydrogelnetzwerk ein, um ein weiches, poröses Hybridhydrogel zu bilden. Dieses Material weist eine Lichtabsorption von über 95 % im breiten Sonnenspektrum auf, wobei die Biokohle im sichtbaren Bereich eine Absorption von über 98 % erreicht.
Unter einer Sonneneinstrahlung erreichte die Oberflächentemperatur des Hybridhydrogels 41,1 °C, während die Temperatur des darunterliegenden Wasserkörpers nur auf 29,3 °C anstieg, was darauf hindeutet, dass die Wärme auf der Verdampfungsoberfläche konzentriert wird und Wärmeverluste an das umgebende Wasser reduziert werden. Die Verdampfungsrate dieses Materials erreichte 3,57 kg m⁻² h⁻¹, etwa das 1,87-fache des Hydrogels ohne Biokohle. Die Studie ergab zudem, dass Gruppen wie Hydroxyl-, Amino-, Carboxyl- und Carbonylgruppen auf der Biokohleoberfläche mit Wassermolekülen und dem Hydrogelnetzwerk interagieren, die Wasserstoffbrückenstruktur der Wassermoleküle verändern und den Anteil an „Zwischenwasser", das weniger Energie zur Verdampfung benötigt, erhöhen, wodurch die äquivalente Verdampfungsenthalpie auf 877,79 J g⁻¹ sinkt. In salzhaltiger Umgebung erreichte der Sättigungswassergehalt des Hybridhydrogels 520 %, was zur Aufrechterhaltung der für eine kontinuierliche Verdampfung erforderlichen Wasserversorgung beiträgt.
Der korrespondierende Autor Dr. Wenzong Liu erklärte, dass Biokohle nicht nur als Solarabsorber fungiert, sondern auch die Porenstruktur des Hydrogels und den Zustand der Wassermoleküle reguliert. Dieser duale Ansatz sei der Schlüssel zur signifikanten Verbesserung der Verdampfungsleistung. Die Studie zeigt das Potenzial der Nutzung kostengünstiger, aus Biomasse gewonnener Materialien für die Entwicklung der nächsten Generation von Solarverdampfern. Durch die Kombination von photothermischer Verstärkung, Wärmeverlustkontrolle, Wassertransport und Wasseraktivierung könnten diese in Zukunft in der Meerwasserentsalzung und Wasserreinigungstechnologie Anwendung finden, insbesondere in salzhaltigen oder ressourcenbeschränkten Umgebungen.
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