利用太陽(yáng)能淡化海水，是一個(gè)非常有前景的研究課題，要知道地球表面有超過70%的面積被水覆蓋，但令人沮喪的是其中大多數(shù)是不可飲用的。海水淡化是一項(xiàng)重要的技術(shù)，可以幫助獲得更多的飲用水。據(jù)外媒報(bào)道，近日有兩個(gè)獨(dú)立的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)采用不同的機(jī)制研發(fā)了新型的新型太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)。
來自麻省理工（MIT）的科學(xué)家們開發(fā)出的這種太陽(yáng)能海水淡化器，通過10個(gè)階段的蒸發(fā)和凝結(jié)過程來傳輸太陽(yáng)的熱量。他們表示，一個(gè)100美元的設(shè)備就可以滿足一個(gè)家庭的日常飲用水需求。
圖片：麻省理工的科學(xué)家們?cè)谒麄兇髮W(xué)的屋頂上測(cè)試了一個(gè)太陽(yáng)能淡化器，創(chuàng)造了一個(gè)被動(dòng)式太陽(yáng)能海水淡化的新紀(jì)錄。來源：麻省理工
麻省理工的科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出了太陽(yáng)能動(dòng)力的海水淡化器的原型，通過多層轉(zhuǎn)換，將水冷凝釋放的熱量循環(huán)利用，流入下一層，為下一階段的蒸發(fā)提供動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能到蒸汽的效率高達(dá)385%。上述過程并沒有使用光電技術(shù)來給電力驅(qū)動(dòng)的海水淡化技術(shù)供電(這種技術(shù)已經(jīng)在大規(guī)模應(yīng)用中得到了應(yīng)用)，而是使用太陽(yáng)能集熱器從太陽(yáng)中收集熱量并蒸發(fā)海水。
圖片：海水淡化的簡(jiǎn)單示意圖
如圖所示，垂直排列的每一層在此過程中都發(fā)揮著重要作用。首先，有一個(gè)透明的絕緣層，可以使陽(yáng)光直射到黑色的吸熱層。依次將熱量傳遞到幾層芯吸材料上，芯吸材料從下方將水吸起。水從該層中蒸發(fā)出來并撞擊另一個(gè)表面，在該表面凝結(jié)并滴落下來以進(jìn)行收集。當(dāng)設(shè)備冷卻時(shí)，鹽分會(huì)向下擴(kuò)散回海水中。
麻省理工屋頂上的原型機(jī)以每平方米太陽(yáng)熱能收集面積每小時(shí)5.78升的速度提供超過當(dāng)?shù)仫嬘盟畼?biāo)準(zhǔn)的水?？茖W(xué)家表示，這是之前被動(dòng)太陽(yáng)能脫鹽產(chǎn)生水的記錄的兩倍多。通過對(duì)脫鹽過程進(jìn)行優(yōu)化和添加更多的階段，該小組估計(jì)基于這一概念的設(shè)備可以達(dá)到800%的效率。
麻省理工學(xué)院的這一設(shè)計(jì)以名為“通過一個(gè)熱定位的多級(jí)太陽(yáng)能蒸餾器進(jìn)行的超高效海水淡化”的論文發(fā)表在了《Energyand Environmental Science》期刊上，文中提到這項(xiàng)研發(fā)解決了與太陽(yáng)能海水淡化器相關(guān)的問題，因?yàn)樗梢栽跊]有可靠電力供應(yīng)的地區(qū)運(yùn)行，而且不會(huì)留下大量的高濃度鹵水需要處理。相反，該機(jī)構(gòu)表示，一旦太陽(yáng)下山，白天積累的鹽就會(huì)被排出系統(tǒng)。
隨著進(jìn)一步的創(chuàng)新，淡化設(shè)備可以使用低成本，和現(xiàn)成的材料來進(jìn)一步優(yōu)化成本。論文中寫道：“關(guān)鍵在于太陽(yáng)能吸收器和吸水材料，在其他系統(tǒng)中，這是一個(gè)單一的部件，需要高度專業(yè)化的材料。但是我們這種設(shè)計(jì)提供了更多的靈活性，允許使用低成本的材料，因?yàn)榭梢允褂萌魏紊虡I(yè)上可用的太陽(yáng)能吸收材料和便宜的吸水材料。”研究論文寫道?！?
麻省理工的研究小組說，這種裝置在基礎(chǔ)設(shè)施有限但陽(yáng)光充足、海水充足的地區(qū)非常具有潛在應(yīng)用價(jià)值。研究人員已經(jīng)開始研究大規(guī)模系統(tǒng)和小型住宅應(yīng)用的可能性，一個(gè)100美元的海水淡化裝置就可以滿足一個(gè)家庭的日常飲用水需求。
勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Lawrence BerkeleyNational Laboratory)的實(shí)驗(yàn)室副主任拉維.普拉舍(Ravi Prasher)說，“太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)之一是，由于大量能量在凝結(jié)過程中流失，效率很低。通過有效地收集冷凝能，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為蒸汽的整體效率顯著提高，這可以大幅降低淡化的整體成本?！逼绽釠]有參與這項(xiàng)研究。
由巴斯大學(xué)，約翰內(nèi)斯堡大學(xué)和印尼茂物農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)的第二個(gè)系統(tǒng)則使用了完全不同的機(jī)制。
這一組研究人員設(shè)計(jì)的裝置不是將水吸收通過過濾膜來蒸發(fā)出鹽，而是相反地將鹽從水中分離出。
使用離子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)這一過程。分隔兩個(gè)腔室的是一層薄的合成半透膜，這層膜僅允許鹽離子沿一個(gè)方向流動(dòng)。因?yàn)樵撃ж?fù)電，并與陰離子電阻器耦合，所以當(dāng)且僅當(dāng)施加電流時(shí)，鹽的負(fù)離子才能通過。該電流不必太強(qiáng)，而且可以來自太陽(yáng)能。
開啟后，鹽從一個(gè)腔室中抽出，并沉積在另一個(gè)腔室中。該團(tuán)隊(duì)說，與麻省理工的設(shè)計(jì)不同的地方在于：分離出來的剩余鹽可以收集起來用于其他用途。巴斯大學(xué)等團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果發(fā)表在《Desalination》雜志上。
以上兩個(gè)團(tuán)隊(duì)的研究成果引起了業(yè)內(nèi)的極大關(guān)注，如果能夠采用更低成本的設(shè)備，來利用太陽(yáng)能進(jìn)行海水淡化，這將實(shí)現(xiàn)數(shù)字驚人的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。
