Wasser ist die Quelle des Lebens und die Grundlage für das Überleben aller Dinge auf der Welt. Obwohl mehr als 70 % der Erde, auf der wir leben, mit Wasser bedeckt sind, liegen die Süßwasserressourcen bei weniger als 3 %. Die Verteilung dieses Süßwassers ist äußerst ungleichmäßig. Es kommt in Seen, Flüssen, im Untergrund und im antarktischen Eis vor. Weniger als 1 % des für den menschlichen Verbrauch verfügbaren Süßwassers bleibt übrig.

Darüber hinaus wird sich die weltweite Verknappung der Süßwasserressourcen angesichts einer Reihe von Problemen wie Umweltverschmutzung und Bevölkerungswachstum in Zukunft verschärfen. Daher hat die Lösung des Problems der Knappheit der Süßwasserressourcen höchste Priorität.

Am 13. September 2023 veröffentlichten chinesische Wissenschaftler im Magazin „Nature“ einen Artikel über neue photothermische Konversionsmaterialien. Es wird erwartet, dass das Aufkommen dieses Materials der Menschheit einen stetigen Strom an Süßwasserressourcen beschert und eine sichere und ausreichende Versorgung mit Süßwasser gewährleistet!

Bildquelle: Nature-Magazin.

Vorbereitung und Prinzipien neuer Materialien

Solarenergie ist eine erneuerbare Energiequelle, die häufig zum Heizen und zur Energiespeicherung genutzt wird.Seit fast zehn Jahren wird eine solarbetriebene Grenzflächenwasserverdampfungstechnologie vorgeschlagen. Das heißt, Sonnenenergie wird absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt, was die Verdampfung von Wassermolekülen zu Wasserdampf fördert. Der Wasserdampf wird gesammelt und für die Weiterverarbeitung genutzt. Diese Technologie hat breite Anwendungsaussichten im Bereich der Meerwasserentsalzung zur Erzeugung von sauberem Süßwasser. Die Nutzung von Solarenergie kann den Verbrauch fossiler Energie und eine Reihe von Umweltverschmutzungsproblemen verringern.

Der Kern dieser Technologie besteht darin, die Umwandlungseffizienz solarthermischer Energie zu verbessern. Das neue hocheffiziente photothermische Umwandlungsmaterial, das von chinesischen Wissenschaftlern neu entwickelt wurde, lässt auf einen breiten Einsatz dieser Technologie hoffen!

Ausgehend von der Art der Wärmeerzeugung, die durch die Wechselwirkung zwischen Sonnenlicht und Materie verursacht wird, nutzten Wissenschaftler Chemie, Physik, Berechnungen und andere verwandte Experimente, um zu entdecken, dass es in Titansuboxid (TinO2n-1) eine Ti-Ti-Dimerstruktur gibt. Diese Struktur begrenzt den Verteilungsbereich der Elektronenbewegung der 3D-Schicht der elektronischen Struktur außerhalb des Ti-Atomkerns, was zu einer Lokalisierung der Elektronen im realen Raum und der Einführung flachbandiger elektronischer Zustände in der Nähe des Fermi-Niveaus führt, was zu einer erhöhten gemeinsamen Zustandsdichte elektronischer Übergänge führt.

Basierend auf den oben genannten Prinzipien wurde durch weitere Experimente festgestellt, dassλ-Ti3O5 absorbiert als Titansuboxid mehr als 95 % des Sonnenlichts.


Reflexionsspektren und elektronische Struktur. Bildquelle: Referenz [1]

Darüber hinaus verwendeten die Wissenschaftler λ-Ti3O5- und Polyvinylalkohol-Materialien zur Verarbeitung von Verdampfern. Um die Effizienz der Wasserverdampfung zu verbessern, wurde der Verdampfer in einer dreidimensionalen, porösen, verbundenen Struktur konstruiert.

Experimente haben ergeben, dass unter den Bedingungen von Sonnenlicht (1 kWm-2) durch dieses Gerät die pro Stunde verdunstete Wassermenge bis zu 6,09 kgm-2 betragen kann. Wissenschaftler nutzten diese Ausrüstung außerdem in Meerwasserentsalzungsexperimenten, und die täglich gesammelte Frischwassermenge kann 23 Lm-2 erreichen.

Es ist ersichtlich, dass durch den Einsatz dieser Ausrüstung im Bereich der Meerwasserentsalzung eine groß angelegte Frischwasseraufbereitung erreicht werden kann, die das Problem der Verknappung von Frischwasserressourcen erheblich lösen und neue Ideen für die Reinigungsaufbereitung von Abwasser und Abwasser bringen wird.


Schematische Darstellung der Funktionsweise eines dreidimensionalen Verdampfers mit poröser Verbundstruktur (a. Meerwasserentsalzungsgerät im Freien; b. Änderungen der Sonnenenergie, der Frischwassersammelrate und der Gesamtmenge des gesammelten Frischwassers im Laufe der Zeit; c. Änderungen der Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Laufe der Zeit; d. Täglicher durchschnittlicher Lichtfluss und Frischwassersammelrate). Bildquelle: Referenz [1]

Was können wir zum Schutz des Süßwassers tun?

Die Entdeckung neuer Materialien lässt uns keine Angst mehr haben, dass es in Zukunft kein Wasser mehr zum Trinken geben wird. Allerdings müssen wir auch Wasser sparen und unser Bewusstsein für den Schutz der Süßwasserressourcen schärfen.

Erstens hat die Regierung sukzessive Gesetze und Vorschriften zum Schutz der Süßwasserressourcen erlassen und verbessert, diese durch Gesetze eingeschränkt und alle an die Bedeutung des Süßwasserschutzes erinnert.Erhöhen Sie die Bekanntheit von Richtlinien zum Süßwasserschutz und schärfen Sie das Bewusstsein aller für den Wasserschutz. Optimieren Sie gleichzeitig die Nutzung von Frischwasser in Landwirtschaft und Industrie und verbessern Sie die Nutzungsrate von Frischwasser.

Im Leben sollte jeder von uns darauf achten, Wasser zu sparen und gleichzeitigAchten Sie darauf, dass keine Abfälle, Chemikalien, Medikamente usw. in die Kanalisation gelangen, da dies leicht zu einer Verschmutzung des Süßwassers führen kann.

Lassen Sie uns zusammenarbeiten, um die Süßwasserressourcen zu schützen, Wasser rational zu nutzen und nicht zuzulassen, dass der letzte Tropfen Wasser auf der Erde zu unseren Tränen wird!

Referenzen

[1] Yang, B., Zhang, Z., Liu, P. et al. Flatbandλ-Ti3O5 für eine außergewöhnliche Solarteamgeneration. Natur (2023).

[2] Li Xueqin. Neuer Solarkollektor und seine Anwendung in der Meerwasserentsalzung [J]. General Machinery, 2012. DOI: CNKI: SUN: TYJS.0.2012-03-037.

[3] Xie Lixin, Li Pingli, Wang Shichang. Aktueller Stand der Meerwasserentsalzungstechnologie und Überprüfung verschiedener Entsalzungsmethoden [J]. Progress in Chemical Industry, 2003, 22(10): 4. DOI: 10.3321/j.issn: 1000-6613.2003.10.011.

[4] Lu Zhu. Perspektiven der Wassereinsparung und der Technologie zur Regeneration und Wiederverwendung von Wasserressourcen [J]. Water Purification Technology, 2002(S1):5.DOI:CNKI:SUN:ZSJS.0.2002-S1-013.