Νέα Κατανόηση της Εξάτμισης Μπορεί να Δει Φωτόνια να Βελτιώνουν τις Διαδικασίες Αποξήρανσης Μέσω του ‘Φωτομοριακού Εφέ’

Μέχρι πρόσφατα, υπήρχαν λίγες συμφωνημένες μεταβλητές που μπορούσαν να προκαλέσουν/επηρεάσουν την εξάτμιση του νερού – τη διαδικασία κατά την οποία το νερό μεταβαίνει από υγρή σε αέρια κατάσταση. Ωστόσο, νέα έρευνα που προέρχεται από το Massachusetts Institute of Technology (MIT) πρόκειται να ανατρέψει αυτό, υποδεικνύοντας μια νέα κατανόηση του πώς απλά φωτόνια (φως) μπορούν να διαδραματίσουν υπερβολικό ρόλο στη διαδικασία. Με αυτόν τον τρόπο, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα φωτόνια μπορούν να εξάπτουν το νερό τόσο παράλληλα με τη θερμότητα όσο και στην απουσία της.

Προϋπάρχουσες Μεταβλητές

Πριν εμβαθύνουμε στο γιατί αυτή η ανακάλυψη είναι σημαντική, αφιερώστε μια στιγμή για να ανανεώσετε τη λίστα των προηγούμενων μεταβλητών που παίζουν ρόλο στην εξάτμιση.

1. Θερμότητα: Η κύρια αιτία της εξάτμισης είναι η θερμότητα. Τα μόρια του νερού κινούνται συνεχώς, και καθώς αποκτούν θερμική ενέργεια, η κίνησή τους αυξάνεται. Όταν η ενέργεια είναι επαρκής για να ξεπεράσει τις διαμοριακές δυνάμεις που κρατούν τα μόρια μαζί στο υγρό, μπορούν να διαφύγουν στον αέρα ως ατμός.
2. Επιφάνεια: Ο ρυθμός της εξάτμισης εξαρτάται επίσης από την επιφάνεια του νερού. Μεγαλύτερη επιφάνεια επιτρέπει σε περισσότερα μόρια να εκτίθενται στον αέρα, όπου μπορούν να εξατμιστούν.
3. Υγρασία: Η ποσότητα του υδρατμού που υπάρχει ήδη στον αέρα επηρεάζει την εξάτμιση. Εάν ο αέρας είναι ήδη κορεσμένος με υδρατμό, η εξάτμιση θα είναι πιο αργή. Αυτό συμβαίνει επειδή όσο υψηλότερη είναι η υγρασία, τόσο χαμηλότερος είναι ο ρυθμός εξάτμισης λόγω της μειωμένης ικανότητας του αέρα να δεχτεί περισσότερα μόρια νερού.
4. Κίνηση Αέρα: Ο άνεμος ή η κίνηση του αέρα μπορεί να μεταφέρει τον υδρατμό καθώς σχηματίζεται, μειώνοντας την υγρασία ακριβώς πάνω από το νερό και επιτρέποντας στο περισσότερο νερό να εξατμιστεί.
5. Πίεση: Η ατμοσφαιρική πίεση επίσης επηρεάζει την εξάτμιση. Όταν η ατμοσφαιρική πίεση είναι χαμηλότερη, το νερό βράζει σε χαμηλότερη θερμοκρασία και εξατμίζεται πιο γρήγορα. Η υψηλή ατμοσφαιρική πίεση μπορεί να εμποδίσει την εξάτμιση.
6. Θερμοκρασία του Νερού: Εκτός από τις εξωτερικές πηγές θερμότητας, η θερμοκρασία του ίδιου του νερού είναι ένας παράγοντας. Το πιο ζεστό νερό εξατμίζεται πιο γρήγορα επειδή τα μόρια του έχουν περισσότερη ενέργεια κατά μέσο όρο.

Βασικά, το νερό εξατμίζεται όταν τα μόρια του έχουν αρκετή ενέργεια για να αποσπαστούν από τη υγρή φάση και να γίνουν υδρατμός. Αυτή η διαδικασία επηρεάζεται από τη θερμοκρασία, την υγρασία, την πίεση, τον άνεμο και τα φυσικά χαρακτηριστικά του σώματος του νερού. Τώρα, μπορούμε να προσθέσουμε την έκθεση σε φωτόνια στη λίστα.

Να Μην Συγχέεται

Είναι επίσης σημαντικό να κατανοήσουμε τη διάκριση μεταξύ εξάτμισης και των παρακάτω διαδικασιών.

Ατμοποίηση: Γενικός όρος που περιλαμβάνει την εξάτμιση αλλά επίσης περιλαμβάνει το βρασμό, όπου το υγρό μετατρέπεται σε ατμό στο σημείο βρασμού του σε όλο τον όγκο του υγρού.

Συμπύκνωση: Η αντίστροφη διαδικασία της εξάτμισης που περιλαμβάνει την ψύξη ενός αερίου, η οποία οδηγεί στη μετάβασή του σε υγρή φάση.

Η εξάτμιση, από την άλλη, είναι ένας τύπος ατμοποίησης που συμβαίνει στην επιφάνεια ενός υγρού κάτω από το σημείο βρασμού του.

Πώς Επιτεύχθηκε;

Λοιπόν, πώς οι ερευνητές του MIT ανακάλυψαν ότι τα φωτόνια μπορούν να προστεθούν στη λίστα των μεταβλητών που σχετίζονται με τις εξάτμιση; Τα ευρήματα της ομάδας επιτεύχθηκαν μέσω μιας σειράς πειραμάτων και προσομοιώσεων που εστιάζουν στη συμπεριφορά εξάτμισης του νερού όταν βρίσκεται μέσα σε υδρογέλη. Η εργασία αυτή ξεκίνησε όταν η ομάδα ήθελε να κατανοήσει και να επιβεβαιώσει παλαιότερα πειράματα που παρήγαγαν αποτελέσματα όπου οι ρυθμοί εξάτμισης του νερού ξεπέρασαν το αναμενόμενο θερμικό όριο – το μέγιστο ποσό εξάτμισης που είναι δυνατόν όταν εφαρμόζεται μια δεδομένη ποσότητα θερμότητας.

Για να αναδημιουργήσουν αυτά τα αποτελέσματα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν «προσομοιωτή ηλίου». Εδώ, κορεσμένες υδρογέλες εκτέθηκαν σε διάφορα μήκη κύματος φωτός στην απουσία θερμότητας. Ενδιαφέρον είναι ότι τα αποτελέσματα έδειξαν ότι παρά τη μη παρουσία θερμότητας, παρατηρήθηκε μετρήσιμη απώλεια μάζας με την πάροδο του χρόνου, με τις πιο έντονες διαφορές να εμφανίζονται όταν χρησιμοποιήθηκε πράσινο φως. Καθώς η αντίδραση ήταν ανεξάρτητη από τις θερμικές επιδράσεις, επιβεβαίωσε ότι το φως, όχι η θερμότητα, ήταν η αιτία της εξάτμισης.

Τελικά, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι, αντίθετα με τις συμβατικές προσδοκίες, ένας συνδυασμός νερού και υδρογέλης επέτρεψε την αξιοποίηση της ενέργειας των φωτονίων για την προώθηση της εξάτμισης πέρα από τα γνωστά θερμικά όρια. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται πλέον «φωτομοριακό εφέ».

Γιατί Έχει Σημασία;

Αυτή η ανακάλυψη του φωτομοριακού εφέ θα μπορούσε να φέρει επανάσταση σε διάφορες βιομηχανίες και επιστήμες του περιβάλλοντος. Θα μπορούσε να επεκταθεί σε συστήματα αποθήκευσης και ανάκτησης ανανεώσιμης ενέργειας, όπου οι ελεγχόμενοι ρυθμοί εξάτμισης είναι κρίσιμοι. Για παράδειγμα, αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων υλικών ή επιφανειών σχεδιασμένων για τη μεγιστοποίηση της εξάτμισης του νερού για αποθήκευση ενέργειας σε ξηρά κλίματα.

Στη γεωργία, αυτή η αρχή θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη πιο αποδοτικών συστημάτων άρδευσης που ελαχιστοποιούν την απώλεια νερού περιορίζοντας την έκθεση σε ορισμένα μήκη κύματος, εξοικονομώντας έτσι νερό ενώ διατηρούν την ανάπτυξη των φυτών.

Στον τομέα της μετεωρολογίας, η κατανόηση του φωτομοριακού εφέ θα μπορούσε να βελτιώσει τα μοντέλα πρόγνωσης του καιρού παρέχοντας πιο ακριβή αναπαράσταση της δυναμικής του υδρολογικού κύκλου.

Επιπλέον, οι φαρμακευτικές και διατροφικές βιομηχανίες, που συχνά βασίζονται σε ακριβείς διαδικασίες ξήρανσης, θα μπορούσαν να δουν βελτιώσεις στην αποδοτικότητα και τον έλεγχο της αφαίρεσης υγρασίας από τα προϊόντα.

Τέλος, στον αστικό σχεδιασμό και την ανάπτυξη βιώσιμης αρχιτεκτονικής, αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να εμπνεύσει καινοτόμα συστήματα ψύξης που χρησιμοποιούν την ηλιακή ενέργεια πιο αποδοτικά, μειώνοντας την εξάρτηση από την παραδοσιακή κλιματισμό και συμβάλλοντας σε σχεδιασμούς κτιρίων που εξοικονομούν ενέργεια.

Οι Πρώτοι που Θα Ωφεληθούν από τα Φωτόνια

Αν και υπάρχει μεγάλη ποικιλία βιομηχανιών που μπορεί να δουν βελτιώσεις στην αποδοτικότητα των διαδικασιών μέσω αυτής της νέας κατανόησης της εξάτμισης, οι ερευνητές πίσω από την ανακάλυψη πιστεύουν ότι το πιο προφανές παράδειγμα θα είναι εκείνοι που ασχολούνται με την ηλιακή αποξήρανση αλμυρού νερού.
Η αποξήρανση είναι απλώς η διαδικασία κατά την οποία αλατό και ορυκτά αφαιρούνται από το νερό, καθιστώντας το κατάλληλο τόσο για κατανάλωση όσο και για άρδευση. Με την άνοδο των ανανεώσιμων πηγών, αυτή η διαδικασία τροφοδοτείται όλο και περισσότερο από ηλιακή ενέργεια. Οι παρακάτω είναι εταιρείες που ασχολούνται με την ηλιακή αποξήρανση, οι οποίες θα μπορούσαν σύντομα να ωφεληθούν από τα παραπάνω ευρήματα.

Consolidated Water (CWCO ) (NASDAQ: CWCO): Με έδρα τις Νησιά Καϊμάν, η Consolidated Water έχει αναπτυχθεί από την ίδρυσή της το 1973 ώστε να γίνει πολυεθνική εταιρεία που εξειδικεύεται σε εγκαταστάσεις αποξήρανσης θαλασσινού νερού.

https://youtu.be/RPhuseNYN7M
Κατά τη στιγμή της συγγραφής, η Consolidated Water παρουσίαζε τα ακόλουθα μετρικά.

Κεφαλαιοποίηση:$465,675,764

Forward P/E 1 έτος:  20.06

Κέρδη ανά Μετοχή (EPS): N/A

Solar Water Plc: Αυτή η εταιρεία με έδρα το Ηνωμένο Βασίλειο έχει αναπτύξει τεχνολογία ηλιακού θόλου που προορίζεται για την αποξήρανση θαλασσινού νερού, στοχεύοντας ιδιαίτερα σε περιοχές με υψηλή ηλιακή ακτινοβολία και περιορισμένους πόρους γλυκού νερού.

https://youtu.be/UtL1AT8x8F4
 

Abengoa: Μια ισπανική πολυεθνική εταιρεία που έχει συμμετάσχει στην ανάπτυξη μεγάλων ηλιακών αποξηραντικών εγκαταστάσεων, ιδιαίτερα σε περιοχές όπως η Μέση Ανατολή και η Βόρεια Αφρική.

Παρά το εύρος των δραστηριοτήτων της, η Abengoa βρίσκεται στο χείλος της πτώχευσης για πολλά χρόνια. Νέες διαδικασίες που έχουν τη δυνατότητα να αυξήσουν σημαντικά την επιχειρησιακή αποδοτικότητα μπορεί να είναι το κλειδί για την επιβίωση.

Αυτές οι εταιρείες δραστηριοποιούνται σε διάφορα μέρη του κόσμου, αντιμετωπίζοντας τις ανάγκες γλυκού νερού σε ξηρές περιοχές και περιοχές με περιορισμένη πρόσβαση σε καθαρό νερό – μια ανάγκη που θα συνεχίσει να αυξάνεται με τον χρόνο.

Τελευταίες Σκέψεις

Αν και μια τέτοια ανακάλυψη μπορεί να φαίνεται κοινή στην πρώτη ματιά, είναι οτιδήποτε εκτός από αυτό. Δεν δείχνει μόνο πόσο περιορισμένη είναι η κατανόησή μας για έννοιες και διαδικασίες που θεωρούνταν εδώ και πολύ καιρό κυριαρχημένες, αλλά επίσης φέρει τη δυνατότητα για ευρεία εφαρμογές.

Οι καινοτόμες και προοδευτικές εταιρείες εξαρτώνται από επιστημονικές προόδους όπως αυτή για να δημιουργήσουν και να προσφέρουν λύσεις αξιοποιώντας νέες δυνατότητες και αποδοτικότητες. Τώρα, εταιρείες όπως η Consolidated Water, η Veolia και η Solar Water PLC πρέπει να προσαρμοστούν και να προχωρήσουν με αυτήν.