Stoom maken zonder water te laten koken

Nanodeeltjes in water nemen zo goed energie uit zonlicht op dat het water meteen in stoom wordt omgezet, zonder zelf sterk op te warmen. Daarmee is goedkope en stevige apparatuur voor de ontzilting en zuivering van afvalwater te maken. Ook wordt alcoholdestillatie energiezuiger en ontstaat er goedkoop en makkelijk stoom voor de sterilisatie van medische apparatuur. Dat schrijven Oara Neumann en collega’s van Rice University, Texas, in het tijdschrift ACS Nano.

Doordat er geen elektriciteit of brandstof nodig is, is de techniek ook geschikt voor gebruik in afgelegen gebieden en ontwikkelingslanden.

De gebruikte nanodeeltjes bestaan uit koolstof of siliciumoxide (hetzelfde materiaal als zand) met een goudlaagje. Ze meten enkele honderden nanometers (een nanometer is een miljoenste millimeter) in doorsnee, iets kleiner dan de golflengte van zichtbaar licht (400-800 nanometer). Dat licht wordt sterk geabsorbeerd door de elektronen in het elektrisch geleidende oppervlak van het deeltje. Die trillingen worden weer snel omgezet in een temperatuurstijging van het deeltje.

Binnen 5 tot 20 seconden nadat een reageerbuisje met nanodeeltjes-water in het zonlicht gezet werd, liep de druk op, rapporteren de onderzoekers. Er kwam stoom vrij, terwijl het water zelf nauwelijks warmer werd.

De onderzoekers berekenden dat het oppervlak van de deeltjes binnen seconden heter wordt dan 100ºC. Daardoor ontstaat een dun laagje stoom rond de deeltjes. Het deeltje komt bovendrijven, waarna het de stoom aan de lucht afgeeft. Doordat het meeste water koel blijft, is de omzetting zeer efficiënt: 82 procent van de zonne-energie gaat in de opwekking van stoom zitten.

De onderzoekers gebruikten de deeltjes ook om een water-alcoholmengsel te destilleren. Die omzetting had een hogere alcoholopbrengst dan reguliere destillatie, waarbij de hele vloeistof verhit wordt.