Tanken på att använda energi från solen för att avdunsta och rena vatten är gammal. Den grekiske filosofen Aristoteles har enligt uppgift beskrivit en sådan process mer än 2, 000 år sedan.

Nu, forskare tar med denna teknik in i modern tid, använder den för att desinficera vatten till vad de rapporterar vara rekordartade.

Genom att drapera svart, koldoppat papper i triangulär form och använda det för att både absorbera och förånga vatten, de har utvecklat en metod för att använda solljus för att generera rent vatten med nästan perfekt effektivitet.

"Vår teknik kan producera dricksvatten i en snabbare takt än vad som teoretiskt beräknas under naturligt solljus, " säger huvudforskaren Qiaoqiang Gan, PhD, docent i elektroteknik vid universitetet vid Buffalo School of Engineering and Applied Sciences.

Som Gan förklarar, "Vanligtvis, när solenergi används för att förånga vatten, en del av energin går till spillo då värme går förlorad till den omgivande miljön. Detta gör processen mindre än 100 procent effektiv. Vårt system har ett sätt att dra in värme från den omgivande miljön, så att vi kan uppnå nästan perfekt effektivitet."

Lågkostnadstekniken skulle kunna ge dricksvatten i regioner där resurserna är knappa, eller där naturkatastrofer har inträffat. Framstegen beskrivs i en studie som publicerades den 3 maj i tidskriften Avancerad vetenskap .

Projektet, finansierat av National Science Foundation (NSF), var ett samarbete mellan UB, Fudan University i Kina och University of Wisconsin-Madison. UB elektroteknik doktorand Haomin Song och doktorand Youhai Liu var studiens första författare.

Gan, Song och andra kollegor har lanserat en startup, soligt rent vatten, att föra uppfinningen till människor som behöver den. Med stöd från NSF Small Business Innovation Research-programmet, företaget integrerar det nya förångningssystemet i en prototyp av en solcellsdestillator, en soldriven vattenrenare.

"När du pratar med regeringstjänstemän eller ideella organisationer som arbetar i katastrofområden, de vill veta:"Hur mycket vatten kan du generera varje dag?" Vi har en strategi för att öka dagliga prestationer, "Sången säger. "Med en solfångare lika stor som ett minikylskåp, vi uppskattar att vi kan generera 10 till 20 liter rent vatten varje dag."

Modernisera en urgammal teknik

Solar stills har funnits länge. Dessa enheter använder solens värme för att förånga vatten, lämnar salt, bakterier och smuts bakom. Sedan, vattenångan kyls och återgår till flytande tillstånd, då samlas det i en ren behållare.

Tekniken har många fördelar. Det är enkelt, och strömkällan – solen – finns nästan överallt. Men tyvärr, även de senaste solcellsmodellerna är något ineffektiva när det gäller att förånga vatten.

Gans team tog sig an denna utmaning genom en snygg, kontraintuitivt trick:De ökade effektiviteten i deras förångningssystem genom att kyla ner det.

En central komponent i deras teknologi är ett ark med koldoppat papper som viks till en upp och nedvänd "V"-form, som taket på en fågelholk. Papperets underkanter hänger i en vattenpöl, suger upp vätskan som en servett. På samma gång, kolbeläggningen absorberar solenergi och omvandlar den till värme för avdunstning.

Som Gan förklarar, Papperets lutande geometri håller det svalt genom att försvaga intensiteten hos solljuset som lyser upp det. (En plan yta skulle träffas direkt av solens strålar.) Eftersom det mesta av det kolbelagda papperet håller sig under rumstemperatur, det kan dra in värme från det omgivande området, kompensera för den regelbundna förlusten av solenergi som uppstår under förångningsprocessen.

Med den här inställningen, researchers evaporated the equivalent of 2.2 liters of water per hour for every square meter of area illuminated by the regular sun, higher than the theoretical upper limit of 1.68 liters, enligt den nya studien. The team conducted its tests in the lab, using a solar simulator to generate light at the intensity of one regular sun.

"Most groups working on solar evaporation technologies are trying to develop advanced materials, such as metallic plasmonic and carbon-based nanomaterials, " Gan says. "We focused on using extremely low-cost materials and were still able to realize record-breaking performance.

"Importantly, this is the only example I know of where the thermal efficiency of the solar evaporation process is 100 percent when you consider solar energy input. By developing a technique where the vapor is below ambient temperature, we create new research possibilities for exploring alternatives to high-temperature steam generation."