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21/11/2012 - Nanopartículas metálicas para convertir agua en vapor gracias al sol
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Un equipo de científicos de la Universidad Rice ha dado a conocer una nueva tecnología revolucionaria que utiliza nanopartículas metálicas para convertir directamente agua en vapor, utilizando energía solar. Este nuevo  “solar steam” (vapor solar) es el método desarrollado por el Laboratorio de Rice para Nanofotónica (LANP) y es tan eficaz que incluso puede producir vapor de agua helada.


Los resultados de este trabajo han sido publicados en 'ACS Nano', revista de la Sociedad Americana de Química.

 

 

Eficiencia energética para purificación de agua

 

Esta tecnología tiene una eficiencia energética total del 24 %. En comparación, los paneles solares fotovoltaicos por lo general tienen una eficiencia energética global de alrededor de 15 por ciento. Sin embargo, los inventores de “vapor solar” esperan que las primeras aplicaciones de este nuevo sistema no esté destinado a la generación de electricidad, sino para la purificación de agua y saneamiento en los países en desarrollo.

"Se trata de mucho más que la electricidad", dijo el director LANP Naomi Halas, el científico principal del proyecto. "Con esta tecnología, estamos empezando a pensar en la energía solar térmica de una manera completamente diferente.", y espera mejorar su eficiencia del sistema a medida que se vaya perfeccionando la tecnología.


La eficiencia de vapor solar se debe a las nanopartículas que convierten la luz solar en calor. Al sumergirse en el agua y ser expuestas a la luz solar, las partículas se calientan tan rápidamente, haciendo que el agua se evapore y se genere vapor, incluso a partir de de agua casi helada.


Las nanopartículas empleadas son muy pequeñas - incluso más pequeñas que la longitud de onda de la luz - lo que significa que tienen una superficie extremadamente pequeña para disipar el calor. Este calentamiento intenso permite generar vapor a nivel local, como en la superficie de la partícula.

 

Las nanopartículas iluminadas por la luz pueden subir rápidamente a temperaturas superiores a 100º C, punto de ebullición del agua. El vapor se forma alrededor de la superficie de cada nanopartícula, miles de millones de las cuales se pueden transformar en agua u otros líquidos y, finalmente el vapor se escapa de la partícula, formando nanoburbujas que flotan en la parte superior de la superficie y escapan como vapor de agua, vapores de etanol en el caso de la destilación de alcohol de las bebidas o de combustible u otros vapores.

 

 

Posibles desarrollos futuros de la tecnología


Esa capacidad de generar calor ha fomentado el interés de los científicos por el uso de nanopartículas para distintas aplicaciones, como el tratamiento fototérmico de ciertas formas de cáncer, con la liberación del fármaco a través de láser o la bioimagen de nanopartículas mejorada.

 

El vapor es uno de los fluidos industriales más utilizados en el mundo. Alrededor del 90 por ciento de la electricidad se produce a partir de vapor. Otras de las muchas aplicaciones del vapor son la de esterilización de residuos médicos e instrumentos quirúrgicos, para preparar la comida y para purificar el agua, etc. , aplicaciones con potencial de desarrollo de esta tecnología.

La mayor parte de vapor industrial se produce en grandes calderas, y la eficiencia del sistema de “vapor solar” podría permitir un abaratamiento de los costes de generación de este vapor.

Los países en desarrollo podrían ser los primeros en ver los beneficios de vapor solar. Estudiantes de ingeniería de la Rice University ya han creado un sistema en base a este desarrollo para ser utilizado en autoclaves para poder esterilizar los instrumentos médicos y dentales en las clínicas que carecen de electricidad.

 

Según Neuman, principal co-autor del artículo, en proyectos renovables para generación eléctrica, esta tecnología tiene la ventaja de que "No requiere de hectáreas de espejos o paneles solares".


Otro uso potencial podría ser el desarrollo de nuevos sistemas de destilación más eficientes que los actuales, ya que una solución empleada que contenía dióxido de silicio con nanopartículas de oro y otras nanopartículas de carbono, empezó a producir vapor entre los 5 y 20 segundos después de que brillara la luz solar sobre estas soluciones.

 

La solución de nanopartículas de oro produjo vapor en pequeñas ráfagas "microexplosivas", por lo que los científicos usaron estas nanopartículas para destilar el alcohol del agua y tener rendimientos más altos de alcohol que los que se hubieran producido por la ebullición de la solución. El 82 por ciento de la luz solar absorbida por las nanopartículas generó directamente vapor.

 

 

Autor y coautores del estudio


Naomi Halas, es profesor de Ingeniería Eléctrica y Computación, profesor de física, profesor de química y profesor de ingeniería biomédica, y es uno de los químicos más citados del mundo. Su laboratorio está especializado en la creación y el estudio de luz activados por partículas.  Dentro de sus trabajos se encuentra uno relacionado con la creación de nanocápsulas de oro, que es el tema de varios ensayos clínicos para el tratamiento del cáncer.


Halas también ganó una beca de Grandes Desafíos de la Fundación Bill y Melinda Gates Foundation para crear un sistema de ultra-pequeña escala para el tratamiento de los desechos humanos en zonas sin alcantarillado ni electricidad.

 


Coautores: Jared Day, estudiante de posgrado; Urban Alexander, investigador postdoctoral; Lal Surbhi, investigador y director ejecutivo LANP y Nordlander Peter, profesor de física y astronomía y de ingeniería eléctrica e informática.

 

La investigación fue apoyada por la Fundación Welch y Bill y Melinda Gates.


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