Une découverte surprenante montre que l. a. lumière peut faire évaporer l’eau sans chaleur, ce qui pourrait permettre de nouvelles méthodes de dessalement

L’évaporation se produit tout le temps autour de nous, de l. a. sueur qui refroidit notre corps à l. a. rosée qui brûle au soleil du matin. Mais l. a. compréhension scientifique de ce processus omniprésent en a peut-être manqué une partie pendant tout ce temps.

Ces dernières années, certains chercheurs ont découvert avec perplexité que l’eau de leurs expériences, contenue dans un matériau semblable à une éponge appelé hydrogel, s’évaporait à un rythme plus élevé que ce qui pouvait être expliqué par l. a. quantité de chaleur. énergie. , que l’eau recevait. L’excédent était necessary, le taux most théorique doublant, voire triplant, voire davantage.

Après avoir mené une série de nouvelles expériences et simulations et réexaminé certains résultats de différents groupes affirmant avoir dépassé l. a. limite thermique, une équipe de chercheurs du MIT est parvenue à une conclusion surprenante : dans certaines prerequisites, à l’interface où l’eau et l’air sont, l. a. lumière peut provoquer… L’évaporation se produit directement sans avoir besoin de chaleur, et elle le fait en fait plus efficacement que l. a. chaleur. Dans ces expériences, l’eau était piégée dans un hydrogel, mais les chercheurs soulignent que ce phénomène peut également se produire dans d’autres circonstances.

Les résultats sont publiés cette semaine dans un article de Avec des genspar le chercheur postdoctoral du MIT Yaodong Tu, le professeur de génie mécanique Gang Chen et quatre autres.

Les chercheurs affirment que ce phénomène pourrait jouer un rôle dans l. a. formation et l’évolution du brouillard et des nuages, et qu’il sera donc necessary de l’incorporer dans les modèles climatiques pour améliorer leur précision. Il peut également jouer un rôle necessary dans de nombreux processus industriels tels que le dessalement solaire, et peut constituer une selection à l’étape consistant à convertir d’abord l. a. lumière solaire en chaleur.

Les nouveaux résultats sont surprenants automobile l’eau elle-même n’absorbe pas beaucoup l. a. lumière. C’est pourquoi vous pouvez voir clairement à travers plusieurs pieds d’eau propre jusqu’à l. a. floor en dessous. Ainsi, lorsque l’équipe a commencé à explorer le processus d’évaporation solaire pour le dessalement, elle a d’abord placé des particules d’un matériau noir absorbant l. a. lumière dans un bol d’eau pour aider à convertir l. a. lumière du soleil en chaleur.

L’équipe est ensuite tombée sur les travaux d’un autre groupe qui avait atteint un taux d’évaporation à double limite thermique, soit l. a. quantité d’évaporation l. a. plus élevée conceivable pour un apport de chaleur donné, sur l. a. base de principes physiques de base tels que l. a. conservation de l. a. chaleur. d’énergie. Dans ces expériences, l’eau était liée à l’hydrogel. Bien qu’ils aient été sceptiques au début, Chen et Tu ont commencé leurs propres expériences avec des hydrogels, y compris un morceau du matériau de l’autre groupe.

“Nous l’avons testé sous un simulateur solaire et cela a fonctionné”, explique Chen, confirmant le taux d’évaporation inhabituellement élevé. “Donc nous les croyons maintenant.” Chen et Tu ont alors commencé à fabriquer et à tester leurs propres hydrogels.

Ils ont commencé à soupçonner que l’évaporation over the top était causée par l. a. lumière elle-même et que les photons lumineux expulsaient en réalité des faisceaux de molécules d’eau de l. a. floor de l’eau. Cet effet ne se produira qu’à l. a. couche limite entre l’eau et l’air, à l. a. floor du matériau hydrogel, et éventuellement aussi à l. a. floor de l. a. mer ou à l. a. floor des gouttelettes dans les nuages ​​ou le brouillard.

En laboratoire, ils ont surveillé l. a. floor de l’hydrogel, une matrice de kind JELL-O composée principalement d’eau liée à un réseau de motion pictures minces semblable à une éponge. Ils ont mesuré leurs réponses à l. a. lumière solaire simulée à des longueurs d’onde précisément contrôlées.

Les chercheurs ont exposé l. a. floor de l’eau à différentes couleurs de lumière de manière séquentielle et ont mesuré le taux d’évaporation. Pour ce faire, ils ont placé un récipient d’hydrogel rempli d’eau sur une stability et ont mesuré directement l. a. quantité de masse perdue en raison de l’évaporation, ainsi que en surveillant l. a. température au-dessus de l. a. floor de l’hydrogel. Les lumières étaient protégées pour éviter toute surchauffe. Les chercheurs ont découvert que l’effet varie en fonction de l. a. couleur et culmine à une certaine longueur d’onde de lumière verte. Cette dépendance à l. a. couleur n’a rien à voir avec l. a. température et conforte donc l’idée selon laquelle c’est l. a. lumière elle-même qui provoque au moins une partie de l’évaporation.

Les chercheurs ont tenté de reproduire le taux d’évaporation observé avec l. a. même configuration mais en utilisant de l’électricité pour chauffer le matériau, sans lumière. Bien que l’apport thermique soit le même que dans l’autre take a look at, l. a. quantité d’eau évaporée n’a jamais dépassé l. a. limite thermique. Cependant, il l’a fait pendant que l. a. simulation de l. a. lumière solaire était en cours, confirmant que l. a. lumière était l. a. reason de l’évaporation over the top.

Bien que l’eau elle-même n’absorbe pas autant de lumière que l’hydrogel lui-même, lorsque les deux se réunissent, ils deviennent de puissants absorbeurs, explique Chen. Cela permet au matériau d’exploiter efficacement l’énergie des photons solaires et de dépasser l. a. limite thermique, sans nécessiter de pigments sombres pour l’absorption.

Après avoir découvert cet effet, qu’ils appellent effet photomoléculaire, les chercheurs cherchent désormais à l’appliquer aux besoins réels. Ils prévoient d’étudier l’utilisation de ce phénomène pour améliorer l’efficacité des systèmes de dessalement à énergie solaire et d’explorer les effets de ce phénomène sur l. a. modélisation du changement climatique.

Dans les processus de dessalement requirements, « cela se compose généralement de deux étapes : d’abord, nous évaporons l’eau et l. a. transformons en vapeur, puis nous devons condenser l. a. vapeur pour l. a. liquéfier en eau douce », explique Tu. Il dit qu’avec cette découverte, nous serons probablement en mesure d’atteindre une efficacité élevée du côté de l’évaporation. Le procédé peut également avoir des programs dans des processus nécessitant un séchage du matériau.

Chen dit qu’il pense qu’en principe, il pourrait être conceivable d’augmenter l. a. quantité maximale d’eau produite par le dessalement solaire, qui s’élève actuellement à 1,5 kilogramme par mètre carré, jusqu’à trois ou quatre fois en utilisant cette approche basée sur l. a. lumière. « Cela pourrait potentiellement conduire à un dessalement bon marché », dit-il.

Tu ajoute que ce phénomène pourrait également être exploité dans les processus de refroidissement par évaporation, en utilisant le changement de section pour fournir un système de refroidissement solaire très efficace.

Dans le même temps, les chercheurs travaillent également en étroite collaboration avec d’autres groupes essayant de reproduire les résultats, dans l’espoir de surmonter le scepticisme face aux résultats inattendus et aux hypothèses avancées pour les expliquer.

L’équipe de recherche comprenait également Jiawei Zhou, Shaoting Lin, Mohamed Al-Sharrah et Xuanhe Zhao, tous membres du département de génie mécanique du MIT.

Cette histoire a été republiée grâce à MIT Information (internet.mit.edu/newsoffice/), un web page populaire couvrant l’actualité de l. a. recherche, de l’innovation et de l’enseignement du MIT.