Undersökning av poröst beläggningsmaterial samt effekten av kol-kvantdots och grafitnanopartiklar på produktiviteten hos tubformade solavdunstare (TSS)

Att omvandla solljus till dricksvatten

I många solrika regioner är rent dricksvatten bristvara trots att solljuset är rikligt. Denna studie undersöker en enkel anordning kallad tubformad solavdunstare — ett klart plastörör som omvandlar salt- eller smutsigt vatten till färskt vatten enbart med solens värme. Forskarna ställde en praktisk fråga: kan vi öka mängden färskvatten som röret producerar genom att enbart ändra den inre ytan, med kostnadseffektiva beläggningar gjorda av små kolpartiklar och vardagliga porösa material som svampar och loofah?

Varför ett enkelt rör spelar roll

En tubformad solavdunstare fungerar lite som ett växthus lagt på sidan. Solljus passerar genom det klara ytterröret och värmer en mörk inre platta som håller ett tunt lager saltvatten. När vattnet värms avdunstar det och lämnar salter och föroreningar kvar. Vattenångan stiger, når den svalare insidan av röret, kondenserar till droppar och rinner ner i en uppsamlingsränna som rent vatten. Denna konstruktion är attraktiv för avlägsna byar eftersom den är enkel, drivs av gratis solenergi och kan byggas av vanliga material. Utmaningen är att vanliga varianter ger för lite vatten per dag för att vara allmänt användbara, så att förbättra produktiviteten utan att öka komplexiteten eller kostnaden är avgörande.

Små kolpartiklar som solljusfångare

Den första serien experiment fokuserade på att ersätta vanlig svartfärg på den inre metallplattan med beläggningar som inkluderade kol-kvantdots (extra små kolpartiklar med storlek i miljarddels meter) och något större grafitnanopartiklar. Dessa partiklar fungerar som kraftfulla solljusfångare: de absorberar en bred del av solljuset och omvandlar det snabbt till värme. Teamet byggde tre identiska tuber och belade en platta med standard svartfärg, en med svartfärg plus grafitpartiklar och en med svartfärg plus kol-kvantdots. Under samma utomhusförhållanden producerade plattan med kol-kvantdots ungefär 30 % mer färskvatten än den vanliga svarta beläggningen och uppnådde den högsta termiska verkningsgraden, vilket betyder att mer av inkommande solljus användes för avdunstning istället för att gå förlorat.

Vardagliga svampar som vattenfördelare

Nästa steg testade forskarna vad som händer när plattan täcks inte med specialpartiklar utan med vanliga porösa material — en kökssvamp och en naturlig loofah. Dessa material suger upp vatten och sprider det i ett nätverk av små porer, vilket kraftigt ökar den våta ytan från vilken vatten kan avdunsta. I detta andra scenario överträffade svampen tydligt både loofahen och den enkla svartmålade plattan. Även om den svarta färgen ibland blev något varmare, omvandlade svampen den värmen till mer avdunstning och levererade den högsta tim- och dagsproduktionen av färskvatten. Loofahen, även om den var mindre effektiv än svampen, visade fortfarande att kostnadseffektiva växtbaserade material kan förbättra prestandan.

Kombinera solljusfångare och svampar

Det mest lovande testet kombinerade styrkorna från båda idéerna: den porösa strukturen hos en svamp med den starka ljusabsorptionen hos kol-kvantdots. I denna hybriddesign belades eller blandades svampen med de små kolknotterna och placerades på absorptionsplattan. Denna konfiguration gav de bästa resultaten av alla. Den still med den hybrida svamp–kvantdots-ytan levererade en kumulativ avkastning på 3,66 liter färskvatten per kvadratmeter absorptionsarea under testdagen, ungefär 38 % mer än den konventionella svartmålade stillen. Dess topp-termiska verkningsgrad ökade också markant, vilket bekräftar att den speciella beläggningen hjälpte till att fånga och fördela solenergin mer effektivt samtidigt som svampen höll tunna vattenfilmer i nära kontakt med den varma ytan.

Vad detta betyder för törstiga samhällen

För icke-specialister är slutsatsen enkel: genom att smart omforma den inre ytan hos en enkel solavdunstare — genom att använda små kolpartiklar för att fånga solljus och vardagliga svampar för att sprida och suga upp vatten — kan man avsevärt öka mängden drickbart vatten som produceras utan att lägga till rörliga delar, pumpar eller elektricitet. Studien visar att sådana hybrida ytor kan göra solavdunstning mer effektiv och mer attraktiv för byar, gårdar och kustsamhällen som saknar centraliserad vattenbehandling. Med vidare arbete kring hållbarhet och nattdrift kan detta tillvägagångssätt bidra till att omvandla mer av världens starka solljus till en stadig ström av säkert, lågt kostat dricksvatten.

Citering: El-Fakharany, M.K., Elbrashy, A., Rashad, M. et al. Investigation on porous media coating plus effect of carbon quantum dots and graphite nanoparticles on tubular solar still (TSS) productivity. Sci Rep 16, 11235 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43530-8

Nyckelord: solavsaltning, tubformad solavdunstare, nanomaterial, poröst svampmaterial, brist på färskvatten