Новооткрит процес може да обясни различни природни явления и да даде възможност за нови подходи към обезсоляването
Можем да наблюдаваме изпарението навсякъде около нас. От потта охлаждаща телата ни, до росата изчезваща на сутрешното слънце. Разбирането на науката за този повсеместен процес никога не е било изчерпателно.
През последните години изследователи бяха озадачени, че водата в техните експерименти, която се съдържа в подобен на гъба материал, известен като хидрогел, се изпарява с по-висока скорост, отколкото може да се обясни с количеството налична топлина или енергия. Излишъкът е значителен. Става дума за удвояване или повече на теоретичната максимална скорост.
След извършване на поредица нови експерименти и симулации за преразглеждане на някои от резултатите, екип от изследователи от Масачузетския технологичен институт стигна до изумително заключение. При определени условия, на границата, където водата среща въздуха, светлината може директно да доведе до изпарение без нужда от топлина. Това се случва дори по-ефективно. В тези експерименти водата се задържа в хидрогелен материал. Изследователите предполагат, че феноменът може да възникне и при други условия.
Процесът може да изиграе роля в образуването и еволюцията на мъглата и облаците. Важно е получените данни да се включат в климатичните модели, за да се подобри тяхната точност. Резултатите могат да имат важна роля в много промишлени процеси. Такива са обезсоляване на вода със слънчева енергия. Това предоставя алтернативи за превръщане на слънчевата светлина в топлина.
Новите открития са изненадващи, тъй като самата вода не абсорбира светлината в значителна степен. Това е причината да виждаме през много чиста вода до дъното.
Начало на експеримента
Изследователите първоначално са изследвали процеса на слънчево изпарение за обезсоляване, като поставят частици от черен, абсорбиращ светлина материал в контейнер с вода. Така помагат за превръщането на слънчевата светлина в топлина.
След това екипът се комбинира с друга група, която е постигнала скорост на изпарение, удвоена от топлинната граница. Това е най-високото възможно количество изпарение, което може да се осъществи за дадено количество топлина. В тези експерименти водата е свързана в хидрогел. Учените подозират, че прекомерното изпарение се причинява от самата светлина. Фотоните на светлината всъщност изтласкват снопове водни молекули от повърхността на водата. Този ефект би възникнал само в граничния слой между вода и въздух, на повърхността на хидрогелния материал или повърхностните капчици в облаци и мъгла.
В лабораторни условия се наблюдават повърхността на хидрогела. Измерват се реакциите му към симулирана слънчева светлина с точно контролирани дължини на вълните.
Влияят ли цветовете?
Изследователите подлагат водната повърхност на различни цветове светлина последователно и измерват скоростта на изпарение. Това се осъществява чрез поставяне на контейнер натоварен с хидрогел върху кантар. Директно се измерва количеството маса, загубено при изпаряване, както и температурата над повърхността на хидрогела.
Светлините са екранирани, за да се предотврати внасянето на допълнителна топлина. Учените установяват, че ефектът варира в зависимост от цвета и достига своя връх с определена дължина на вълната при зелената светлина. Такава цветова зависимост няма връзка с топлината и така подкрепя идеята, че самата светлина причинява поне част от изпарението.
Учените се опитват да дублират наблюдаваната скорост на изпарение със същата настройка, но използват електричество за нагряване на материала без светлина. Въпреки че входната топлина е същата като при първия тест, количеството вода, което се е изпарило не надвишава топлинната граница.
Самата вода не абсорбира много светлина, както и хидрогелният материал. Но когато двете се комбинират, те стават силни абсорбатори. Това позволява на материала да използва ефективно енергията на слънчевите фотони и да надхвърли топлинната граница, без да са необходими тъмни багрила за абсорбция.
Реални ползи
След като откриха този ефект, който е наречен фотомолекулен, изследователите работят върху това как да го приложат към нуждите на реалния свят. Те разполагат с безвъзмездна помощ от лабораторията за вода и хранителни системи на MIT за изследване на това явление.
Резултатите ще се използват за подобряване ефективността на захранваните със слънчева енергия системи за обезсоляване и изследване на ефектите върху изменението на климата.
