Waarom is de zon efficiënter in het verdampen van water?

Omgeving

Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 07/09/2025

Illustratie van de verdamping van water ingesloten in de hydrogel in een donkere omgeving (links) en onder invloed van zonnestraling (rechts). De vergrote weergave toont de gebonden (oranje), intermediaire (bruin) en vrije (blauw en wit) watertoestanden die in de hydrogel zijn gevormd. [Afbeelding: Saqlain Raza et al. - 10.1039/D5MH00353A]

Waarom is de zon zo goed in het verdampen van water?

Onderzoekers hebben mogelijk ontdekt waarom zonnestraling effectiever is dan andere energievormen bij het veroorzaken van waterverdamping.

En het is niet alleen een academische curiositeit: dit fenomeen heeft belangrijke gevolgen voor het milieu en kent brede industriële toepassingen, overal waar waterverdamping plaatsvindt: van energieopwekking en stoomproductie in de industrie tot waterzuivering voor consumptie.

"Het is algemeen bekend dat de zon uitzonderlijk efficiënt water verdampt – efficiënter dan bijvoorbeeld water op een fornuis verwarmen", aldus professor Saqlain Raza van de North Carolina State University in de VS. "Het is echter nog niet helemaal duidelijk waarom. Ons onderzoek benadrukt de rol die elektrische velden spelen in dit proces."

Om het onderwerp flexibeler te onderzoeken, maakten de onderzoekers gebruik van computersimulaties. Daarmee kunnen ze verschillende parameters aanpassen die verband houden met de energie-invoer, om te zien hoe elke eigenschap de verdamping beïnvloedt.

En door de efficiëntie van zonlicht in verdampend water te analyseren, realiseerde het team zich hoe belangrijk de elektrische component van zonnestraling is.

"Licht is een elektromagnetische golf die deels bestaat uit een oscillerend elektrisch veld", legt onderzoeker Jun Liu uit. "We ontdekten dat als we het oscillerende elektrische veld uit de vergelijking halen, het zonlicht langer nodig heeft om water te verdampen. Maar wanneer het veld aanwezig is, verdampt water zeer snel. En hoe sterker het elektrische veld, hoe sneller het water verdampt. De aanwezigheid van dit elektrische veld is wat licht van warmte onderscheidt als het gaat om waterverdamping."

Diagram dat de zonnestraling voorstelt als een wisselend elektrisch veld dat wordt toegepast op water in de vloeistof- en grensvlakgebieden. Het sinusvormige elektrische veld levert energie en helpt waterclusters op het vloeistof-dampgrensvlak te breken, waardoor ze kunnen verdampen. Hetzelfde principe geldt ook voor individuele watermoleculen in het grensvlakgebied. [Afbeelding: Saqlain Raza et al. - 10.1039/D5MH00353A]

Elektrisch veld en clusters van moleculen

Wat de simulaties lieten zien, is dat de efficiëntie van zonlicht in verdampend water te maken heeft met het gedrag van de watermoleculen zelf ten opzichte van deze elektrische component.

"Tijdens verdamping gebeuren er twee dingen", legde Raza uit. "Bij verdamping komen ofwel individuele watermoleculen vrij, die zich losmaken van de rest van het vloeibare water, ofwel komen er waterclusters vrij. Waterclusters zijn eindige groepen watermoleculen die met elkaar verbonden zijn, maar zich van de rest van het vloeibare water kunnen losmaken, ook al zijn ze nog steeds met elkaar verbonden. Over het algemeen gebeuren beide in verschillende mate."

Maar wat doet het oscillerende elektrische veld precies waardoor het water sneller verdampt?

"We ontdekten dat het oscillerende elektrische veld bijzonder effectief is in het afbreken van waterclusters", aldus Liu. "Dit is efficiënter omdat het niet meer energie kost om een ​​watercluster met veel moleculen af ​​te breken dan om één enkel molecuul af te breken."

Dat werd duidelijk toen het team het zonlicht op puur water vergeleek met het zonlicht op een hydrogel.

"In puur water vinden we niet veel waterclusters dicht bij het oppervlak waar verdamping kan plaatsvinden", legt Raza uit. "Maar er zijn veel waterclusters in het tweede model, omdat ze ontstaan ​​waar water in contact komt met de hydrogel. Omdat er in het tweede model meer waterclusters dicht bij het oppervlak zijn, vindt verdamping sneller plaats. In wezen zijn er meer waterclusters die het oscillerende veld van het vloeibare water kan scheiden."

Ander nieuws over:

Meer onderwerpen