Interessant zeoliet zonne-energiesysteem

Watermoleculen zijn een alomtegenwoordige stof op de planeet. Volgens de Verenigde Naties hebben echter meer dan 2 miljard mensen geen toegang tot veilig drinkwater en hebben meer dan 2,3 miljard mensen, ofwel 30 procent van de wereldbevolking, het hele jaar door niet genoeg te eten.

Onderzoekers van de Royal Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Saoedi-Arabië hebben een systeem ontwikkeld dat afvalwarmte van zonnepanelen gebruikt om vloeibaar water uit de waterdamp in de lucht te halen. Het systeem is een zelfvoorzienend systeem dat water/elektriciteitsopwekking/gewasproductie combineert. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het nummer van 1 maart 2022 van het tijdschrift Cell Reports Physical Sciences.

Het is bekend dat zonne-energie inefficiënt is: minder dan 20 procent van de zonne-energie die op de zonnepanelen terechtkomt, wordt omgezet in elektriciteit. De rest wordt afvalwarmte die wordt gegenereerd tijdens het stroomopwekkingsproces, waardoor de efficiëntie van de opgewekte elektriciteit verder wordt verminderd.

Het onderzoeksteam heeft een systeem ontwikkeld dat deze restwarmte gebruikt om water te produceren. Het systeem maakt gebruik van hydrogels, waar het onderzoeksteam al een tijdje aan werkt. Zeolieten zijn zeer hygroscopische, poreuze structuren met onderling verbonden polymere structuren die grote hoeveelheden watermoleculen binnenin kunnen opslaan. Zeolieten hebben geen erg hoge temperaturen nodig om water af te geven. De afvalwarmte die vrijkomt bij de zonnepanelen ligt slechts zo'n 50 graden Celsius boven de luchttemperatuur, maar dit is voldoende om watermoleculen uit de hydrogel vrij te maken.

Het ontwikkelde systeem kan tussen twee modi worden geschakeld. Een daarvan is de koelmodus, waarbij de hydrogel altijd wordt blootgesteld aan de buitenlucht. 's Nachts neemt de hydrogel waterdamp op uit de lucht en de volgende dag, als de zon schijnt, laat de restwarmte van de zonnepanelen de waterdamp vrij. Thermische energie gebruiken om zonnepanelen te koelen en de efficiëntie van energieopwekking te verhogen.

In de gewasproductiemodus wordt de hydrogel alleen 's nachts aan de atmosfeer blootgesteld en overdag afgesloten. De watermoleculen die 's nachts worden verzameld, verdampen en condenseren overdag in de kamer, waardoor vloeibaar water ontstaat. Dit water kan worden gebruikt als irrigatiewater voor gewassen.

In een demonstratie-experiment van drie maanden verhoogden de zonnepanelen hun stroomproductie in de koelmodus met maximaal 9,9 procent. Bovendien kan het water dat in de gewasproductiemodus wordt verkregen, worden gebruikt om gewassen zoals kool te verbouwen. De elektriciteit die door de zonnepanelen wordt opgewekt, wordt niet gebruikt voor waterproductie of plantengroei.

Het systeem kan tegelijkertijd twee belangrijke hulpbronnen produceren, water en elektriciteit, die mogelijk bijdragen aan de water/energie/voedsel-nexus. De onderzoekers zeggen echter dat de minst ontwikkelde landen in dit stadium voldoende geld nodig hebben om hightechoplossingen aan te schaffen. Terwijl ze aan het uitzoeken zijn hoe ze ze tegen lage kosten kunnen installeren, zoeken ze steun van regeringen en NGO's, maar de toekomst is onzeker.