Bagong Pag-unawa sa Evaporation Maaaring Magpabuti sa mga Proseso ng Desalination sa Pamamagitan ng mga Photon sa ‘Photomolecular Effect’

Hanggang kamakailan, iilan lamang ang mga napagkasunduang variable na maaaring magdulot o makaapekto sa pag-evaporate ng tubig — ang proseso kung saan ang tubig ay lumilipat mula likido tungo sa gas. Gayunpaman, ang bagong pananaliksik mula sa Massachusetts Institute of Technology (MIT) ay magbabago nito, itinuturo ang isang bagong pag-unawa kung paano maaaring maglaro ng malaking papel ang simpleng mga photon (liwanag) sa prosesong ito. Sa pag-iisip nito, natuklasan ng mga mananaliksik na maaaring i-evaporate ng mga photon ang tubig kapwa kasabay at kahit na walang init.

Mga Naunang Variable

Bago sumisid sa kung bakit mahalaga ang pagtuklas na ito, maglaan ng sandali upang balikan ang nakaraang listahan ng mga variable na may papel sa evaporation.

1. Init: Ang pangunahing sanhi ng evaporation ay init. Palaging gumagalaw ang mga molekula ng tubig, at habang nakakakuha sila ng enerhiya mula sa init, tumataas ang galaw nila. Kapag sapat na ang enerhiya upang mapagtagumpayan ang mga puwersang intermolekular na humahawak sa mga molekula sa likido, makakatakas sila papunta sa hangin bilang singaw.
2. Laki ng Ibabaw: Ang bilis ng evaporation ay nakadepende rin sa laki ng ibabaw ng tubig. Mas malaking ibabaw ang nagbibigay-daan sa mas maraming molekula na ma-expose sa hangin, kung saan maaari silang mag-evaporate.
3. Halumigmig: Ang dami ng singaw ng tubig na nasa hangin na ay nakaaapekto sa evaporation. Kung ang hangin ay saturated na ng singaw ng tubig, magiging mas mabagal ang evaporation. Ito ay dahil mas mataas ang halumigmig, mas mababa ang bilis ng evaporation dahil nababawasan ang kakayahan ng hangin na tumanggap pa ng karagdagang molekula ng tubig.
4. Paggalaw ng Hangin: Ang hangin o paggalaw ng hangin ay maaaring magdala palayo ng singaw ng tubig habang ito ay nabubuo, binabawasan ang halumigmig sa itaas ng tubig at nagbibigay-daan sa mas maraming tubig na mag-evaporate.
5. Presyon: Ang atmospheric pressure ay nakaaapekto rin sa evaporation. Kapag mas mababa ang atmospheric pressure, ang tubig ay kumukulo sa mas mababang temperatura at mas mabilis ang evaporation. Ang mataas na atmospheric pressure ay maaaring magpigil sa evaporation.
6. Temperatura ng Tubig: Bukod sa panlabas na pinagmumulan ng init, ang temperatura mismo ng tubig ay isang salik. Mas mainit na tubig ay mas mabilis mag-evaporate dahil ang mga molekula nito ay may mas maraming enerhiya sa karaniwan.

Sa esensya, nag-evaporate ang tubig kapag ang mga molekula nito ay may sapat na enerhiya upang makalaya mula sa likidong yugto at maging singaw ng tubig. Ang prosesong ito ay naaapektuhan ng temperatura, halumigmig, presyon, hangin, at mga pisikal na katangian ng mismong anyong-tubig. Ngayon, maaari na nating ilagay ang paglalantad sa mga photon sa listahan.

Huwag Malito

Mahalaga ring maunawaan ang pagkakaiba sa pagitan ng evaporation at ng mga sumusunod na proseso.

Baporisasyon: Isang pangkalahatang termino na kinabibilangan ng evaporation ngunit sumasaklaw din sa pagkulo, kung saan ang likido ay nagiging singaw sa kanyang boiling point sa buong dami ng likido.

Kondensasyon: Ang kabaligtaran ng evaporation na kinabibilangan ng pagpapalamig ng gas, na nagreresulta sa paglipat nito sa likidong yugto.

Ang evaporation, sa kabilang banda, ay isang uri ng baporisasyon na nangyayari sa ibabaw ng likido sa ibaba ng boiling point nito.

Paano Ito Naabot?

Paano natuklasan ng mga mananaliksik ng MIT na maaaring idagdag ang mga photon sa listahan ng mga variable na may kaugnayan sa evaporation? Ang mga natuklasan ng koponan ay nakuha sa pamamagitan ng serye ng mga eksperimento at simulation na nakatuon sa pag-uugali ng evaporation ng tubig kapag nakapaloob sa isang hydrogel. Ang gawaing ito ay unang sinimulan habang sinusubukang unawain at patunayan muli ang mga nakaraang eksperimento na nagpakita ng mga resulta kung saan ang mga rate ng evaporation ng tubig ay lumagpas sa inaasahang thermal limit — ang pinakamataas na dami ng evaporation na posible kapag isang tiyak na halaga ng init ang inilapat.

Upang muling likhain ang mga resultang ito, gumamit ang mga mananaliksik ng isang ‘solar simulator’. Dito, ang mga saturated na hydrogel ay sumailalim sa iba’t ibang wavelength ng liwanag sa kawalan ng init. Nakakainteres, ipinakita ng mga resulta na kahit walang impluwensya ng init, may nasusukat na pagkawala ng masa sa paglipas ng panahon, kung saan ang pinaka-malaking pagkakaiba ay nakita nang gamitin ang berdeng liwanag. Sa pagkatuklas na ito ay hindi nakadepende sa thermal effect, pinatunayan na ang liwanag, hindi init, ang sanhi ng evaporation.

Sa huli, natuklasan ng mga mananaliksik na, laban sa karaniwang inaasahan, ang kombinasyon ng tubig at hydrogel ay nagbigay-daan upang magamit ang enerhiya mula sa mga photon upang itulak ang evaporation lampas sa kilalang thermal limits. Ang prosesong ito ay tinatawag na ‘epektong photomolecular’.

Bakit Ito Mahalaga?

Ang pagtuklas ng epektong photomolecular ay maaaring magbago ng ilang industriya at agham pangkapaligiran. Maaaring mag-extend ito sa mga renewable energy storage at recovery systems, kung saan kritikal ang kontroladong rate ng evaporation.  Halimbawa, maaaring magbunga ito ng pag-develop ng mga bagong materyales o ibabaw na dinisenyo upang mapalaki ang evaporation ng tubig para sa pag-iimbak ng enerhiya sa tuong klima.

Sa agrikultura, maaaring magamit ang prinsipyong ito upang makabuo ng mas epektibong mga sistema ng irigasyon na nagbabawas ng pagkalugi ng tubig sa pamamagitan ng paglimita ng paglalantad sa tiyak na mga wavelength, kaya nakakatipid ng tubig habang pinapanatili ang paglago ng halaman.

Sa larangan ng meteorolohiya, ang pag-unawa sa epektong photomolecular ay maaaring mapabuti ang mga modelo ng prediksyon ng panahon sa pamamagitan ng pagbibigay ng mas tumpak na representasyon ng dinamika ng water cycle.

Dagdag pa rito, ang mga industriya ng parmasya at pagkain, na madalas umaasa sa eksaktong mga proseso ng pagpapatuyo, ay maaaring makaranas ng pagtaas sa kahusayan at kontrol ng pagtanggal ng kahalumigmigan mula sa mga produkto.

Sa huli, sa urban planning at pag-develop ng sustainable architecture, maaaring magbigay inspirasyon ang pagtuklas na ito sa mga makabagong cooling system na gumagamit ng solar energy nang mas epektibo, na nagbabawas ng pag-asa sa tradisyonal na air conditioning at nag-aambag sa mga disenyo ng gusali na nakakatipid ng enerhiya.

Una na Makikinabang sa mga Photon

Bagaman maraming industriya ang maaaring makinabang sa pagtaas ng kahusayan ng proseso dahil sa bagong pag-unawang ito sa evaporation, naniniwala ang mga mananaliksik na ang pinakahalatang halimbawa ay yaong mga kasangkot sa solar desalination ng maalat na tubig.

Ang desalination ay simpleng proseso kung saan tinatanggal ang asin at mineral mula sa tubig, ginagawa itong angkop para sa konsumo at irigasyon. Sa pag-usbong ng renewable energy, ang prosesong ito ay lalong pinapagana ng solar energy. Ang mga sumusunod ay mga kumpanyang kasangkot sa solar desalination, na maaaring makinabang mula sa mga natuklasang nabanggit sa itaas.

Consolidated Water (CWCO ) (NASDAQ: CWCO): Batay sa Cayman Islands, ang Consolidated Water ay lumago mula noong 1973 upang maging isang multinational na kumpanya na dalubhasa sa mga planta ng seawater desalination.

Sa oras ng pagsulat, ipinagmamalaki ng Consolidated Water ang mga sumusunod na sukatan.

Kabuuang Pamilihan:$465,675,764

Forward P/E 1 Taon:  20.06

Kita Kada Bahagi (EPS): N/A

Solar Water Plc: Ang kumpanyang ito na nakabase sa UK ay nakabuo ng teknolohiyang solar dome na nilalayong mag-desalinate ng seawater, partikular na tinatarget ang mga rehiyon na may mataas na solar irradiance at kakaunting mapagkukunan ng sariwang tubig.

Abengoa: Isang multinational na korporasyon mula sa Espanya na kasangkot sa pag-develop ng malakihang solar-powered desalination plant, partikular sa mga lugar tulad ng Gitnang Silangan at Hilagang Aprika.

Sa kabila ng lawak ng operasyon nito, ang Abengoa ay nasa bingit ng pagkalugi sa loob ng maraming taon. Ang mga bagong proseso na may potensyal na magtaas nang malaki ng operational efficiencies ay maaaring susi sa kanilang pag-survive.

Ang mga kumpanyang ito ay aktibo sa iba’t ibang bahagi ng mundo, tinutugunan ang pangangailangan ng sariwang tubig sa mga tuyong rehiyon at mga lugar na may limitadong access sa malinis na tubig — isang pangangailangang patuloy na lalaki sa paglipas ng panahon.

Pangwakas na Kaisipan

Bagaman maaaring mukhang pangkaraniwan ang isang pagtuklas na ito sa unang tingin, ito ay hindi. Hindi lamang nito ipinapakita kung gaano kahaba ang ating pag-unawa sa mga konsepto at proseso na matagal nang inakala nating napag-aralan na, kundi nagdadala rin ito ng potensyal para sa malawakang aplikasyon.

Ang mga makabago at forward-thinking na kumpanya ay umaasa sa mga siyentipikong pag-unlad tulad nito upang mag-develop at mag-alok ng mga solusyon na gumagamit ng mga bagong kakayahan at kahusayan. Ngayon, ang mga kumpanyang tulad ng Consolidated Water, Veolia, at Solar Water PLC ay kailangang umangkop at isakatuparan ito.