05:18 03 Dezember 2020
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    Forscher der Moskauer Nationalen Universität für Nuklearforschung (MEPhI) haben mit ausländischen Kollegen eine Technologie zur schnelleren Versüßung des Meerwassers und höheren Effizienz von Sonnengeneratoren entwickelt. Die Ergebnisse sind in den Fachmagazinen „Renewable Energy“ und „International Journal of Heat and Mass Transfer“ zu lesen.

    Die neue Methode unterscheidet sich von anderen ähnlichen dadurch, dass dabei preisgünstige und relativ sichere Nanoteilchen verwendet werden.

    Sonnengeneratoren, die Strom durch Wasserverdampfung produzieren, sind ein wichtiges Element von vielen Systemen der erneuerbaren Energetik. Gute Aussichten hat den Experten zufolge ein Schema, bei dem Mini-Dampfturbinen mit dem Sonnenversüßungsgerät kombiniert werden. Für viele Regionen der Welt sind solche Anlagen wichtige Quellen von Energie und Wasser für landwirtschaftliche Zwecke.

    Die MEPhI-Forscher haben in Kooperation mit ihren Kollegen aus Norwegen und China die Effizienz der Sonnendampfgeneration um 15 bis 25 Prozent aufstocken können. Nach ihren Worten könnte die Wassererhitzung mithilfe des Lichts der Wassersuspension von lichtschluckenden Nanoteilchen mehr Dampf erzeugen. Damit das Wasser dabei neue Eigenschaften bekommt, setzten die Forscher Nanoteilchen von Graphit und Eisenoxid ein.

    „Der Effekt, den wir analysiert haben, wurde in den frühen 2000er Jahren von US-amerikanischen und australischen Wissenschaftlern entdeckt. Aber auf weitere kleinere Laborexperimente verzichteten die Kollegen. Wir haben die theoretische Beschreibung des Prozesses wesentlich erweitert und eine Methode zu seiner Verwendung zu industriellen Zwecken gefunden“, sagte der Leiter des Experiments, MEPhI-Experte Boris Balakin, der gleichzeitig Professor der Western Norway University for Applied Sciences ist. „Ein großer Vorteil unseres Systems besteht darin, dass wir keine kostspieligen Gold- und Silberteilchen verwenden.“

    Die neue Methodik wird ihren Autoren zufolge vor allem ermöglichen, Meer- und Abwasser schneller zu versüßen bzw. zu desinfizieren, und zwar dank dem konzentrierten Sonnenlicht. Darüber hinaus könnte sich diese Technologie bei der photodynamischen Krebstherapie sowie bei der Entwicklung von Systemen zur Abkühlung der Weltraumtechnik als hilfreich erweisen.

    Der für die Anwendung der neuen Technologie entwickelte Prototyp des Generators wird den Forschern zufolge idealerweise eine Kapazität von bis zu fünf Kilowatt von einer Verdampfungsoberfläche von 200 cm2 erreichen – und etwa die Hälfte davon bei ungünstigeren Wetterbedingungen.

    Die Nanosuspensionen von Graphit und Eisenoxid sind fast 250 Mal billiger als ihre ausländischen Analoga mit Goldnanoteilchen. Darüber hinaus sind diese Flüssigkeiten nicht nanotoxisch, weil die Nanoteilchen allmählich vereinigt werden und mikrongroß werden, so die Wissenschaftler. Das bedeutet, dass solches Wasser nach speziellen biophysischen Experimenten höchstwahrscheinlich zu landwirtschaftlichen Zwecken verwendet werden könnte, ohne extra gereinigt zu werden.

    „Zwecks Produktion von Nanosuspensionen verwenden wir Graphit- und Eisenfeinpulver, das im Wasser von einem Ultraschall-Homogenisierungsgerät mit Wasser vermischt wird. Der von uns entwickelte Prototyp besteht aus einem Sonnenkollektor, der automatisch die Sonnenbewegung im Laufe des Tages verfolgt. Alle Komponenten unseres Systems werden in Russland hergestellt“, erzählte Boris Balakin weiter.

    Den Forschern zufolge könnte man für die Erhöhung der Effizienz der Anlage am Eingang des Dampfgenerators die Nanosuspension mit Erdwärme, Abfallwärme von Industriebetrieben oder Datenzentren oder mit Reibungswärme von Windkraftmaschinen erwärmen. Künftig werden die Experten an neuen Zusammensetzungen von Nanoflüssigkeiten und an Anlagen-Prototypen arbeiten, die die Effizienz verschiedener Systeme erneuerbarer Energien erhöhen sollen.

    Die Forschungen wurden unter Mitwirkung des Russischen Wissenschafts-Fonds durchgeführt; es sind die Projekte 17-79-10481 und 17-79-10083.

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