Omkring en miljard människor runt om i världen saknar tillgång till rent dricksvatten. Att avsalta saltvatten till drickbart vatten kan hjälpa till att fylla denna farliga lucka. Men traditionella avsaltningssystem är alldeles för dyra att installera och driva på många platser, särskilt i låginkomstländer och avlägsna områden.

Nu har forskare vid University of Marylands A. James Clark School of Engineering visat en framgångsrik prototyp av en kritisk komponent för prisvärd småskalig avsaltning:en billig solindunstare, gjort av trä. Förångaren genererar ånga med hög effektivitet och minimalt behov av underhåll, säger Liangbing Hu, docent i materialvetenskap och ingenjörskonst och filial till Maryland Energy Innovation Institute.

Designen använder en teknik som kallas gränssnittsavdunstning, "som visar stor potential som svar på global vattenbrist på grund av dess höga sol-till-ånga effektivitet, låg miljöpåverkan, och bärbar enhetsdesign med låg kostnad, " säger Hu. "Dessa funktioner gör den lämplig för generering och rening av vatten utanför nätet, särskilt för låginkomstländer."

Gränssnittsförångare är gjorda av tunna material som flyter på saltvatten. Absorberar solvärme ovanpå, förångarna drar kontinuerligt upp saltvattnet underifrån och omvandlar det till ånga på deras övre yta, lämnar saltet bakom sig, förklarar Hu, som är senior författare på ett papper som beskriver arbetet i Avancerade material .

Dock, med tiden kan salt byggas upp på denna förångningsyta, gradvis försämrad prestanda tills den tas bort, han säger.

Hu och hans kollegor minimerade behovet av detta underhåll med en enhet gjord av basträ som utnyttjar träets naturliga struktur av de mikron breda kanalerna som transporterar vatten och näringsämnen upp i trädet.

Forskarna kompletterar dessa naturliga kanaler genom att borra en andra uppsättning millimeter breda kanaler genom ett tunt tvärsnitt av träet, säger Yudi Kuang, en gästforskare och huvudförfattare på tidningen. Utredarna exponerar sedan kort ovansidan för hög värme, som karboniserar ytan för större solabsorption.

I drift, när enheten absorberar solenergi, den suger upp saltvatten genom träets naturliga mikron breda kanaler. Salt utbyts spontant från dessa små kanaler genom naturliga öppningar längs deras sidor till de mycket bredare borrade kanalerna, och löses sedan lätt tillbaka i vattnet nedanför.

"I labbet, vi har framgångsrikt visat utmärkt antifouling i ett brett spektrum av saltkoncentrationer, med stabil ånggenerering med cirka 75 % effektivitet, säger Kuang.

"Att använda naturligt trä som det enda utgångsmaterialet, den saltavvisande solindunstaren förväntas vara låg kostnad, ", tillägger forskarassistent Chaoji Chen. Förångarmetoden är också effektiv i andra träslag med liknande naturliga kanaler. Forskarna optimerar nu sitt system för högre effektivitet, lägre kapitalkostnad, och integration med en ångkondensor för att fullborda avsaltningscykeln.

Hu's labb utvecklade också nyligen en annan soluppvärmd prototypenhet som drar fördel av karboniserat träs förmåga att absorbera och distribuera solenergi - den här skapad för att hjälpa till att städa upp spill av tunga oljor som är svåra att samla in. "Vårt förkolnade trämaterial visar snabb och effektiv absorption av råolja, samt låg kostnad och skalbar tillverkningspotential, säger Kuang, huvudförfattare på en artikel om forskningen inom avancerade funktionella material.

"Trä är en spännande materialställning, med sin unika hierarkiskt porösa struktur, och det är en förnybar, rikliga och kostnadseffektiva resurser, " säger Hu. "I vårt labb, den grundläggande förståelsen för biomaterial (särskilt trä) leder till att vi uppnår extraordinära prestanda som är konkurrenskraftiga med allmänt använda men icke-hållbara material."

Bland andra projekt, hans labb har skapat lätta och effektiva "nanowood" isoleringsmaterial. Den har också konstruerat "superträ" som är 12 gånger starkare och 10 gånger tuffare än naturligt trä, och potentiellt kan ersätta stål, titan eller kolfiber i vissa applikationer, han säger.