太阳能的海水淡化装置将改变市场：此装置只需要便宜的普通材料和阳光

作者：Good News Network

出处：Good News Network

翻译：David Lin

---

麻省理工学院

据统计，世界上大约三分之二的人正在受到水资源短缺的影响，且发展中国家的许多地区正面临着缺乏稳定电力的问题。因此，海量的研究集中在纯太阳热能来淡化海水或制造微咸水的方法上。然而，许多此类努力都遇到了由盐分堆积引起的设备结垢问题，这常常会增加复杂性和费用。

现在，麻省理工学院和中国的一个研究小组提出了解决盐分积累问题的方法，并在此过程中开发了一种海水淡化系统，该系统比以前的太阳能海水淡化方法更高效、更便宜。该过程还可用于处理受污染的废水或产生蒸汽以对医疗器械进行消毒，所有这些都不需要阳光本身以外的任何能源。

“已经有很多用于各种设备的高性能、防盐、太阳能的设计，”王说。“盐垢问题一直是个挑战，我们还没有真正解决这个问题。我们看似完全解决了这个问题，但着只是因其寿命较长。久而久之，隐患终究会显露。”

太阳能海水淡化系统的许多尝试都依赖于某种滤芯将盐水吸入装置，但这些滤芯容易受到盐分积累的影响，并且相对难以清洁。该正在团队专注于开发无滤芯系统。

最终的成果是一个分层系统，顶部有深色材料以吸收太阳热量，然后在穿孔材料层上方有一层薄薄的水，位于储水库顶部。经过仔细的计算和实验，研究人员确定了在穿孔材料中钻孔的最佳尺寸，在他们的测试中，穿孔材料是由聚氨酯制成的。这些孔直径为 2.5 毫米，可以使用常用的水刀轻松制造。这些洞足够大，可以在较热的上层水和下面较冷的水库之间进行自然对流循环。这种循环自然地将盐从上面的薄层吸入到下面更大的水层中，在那里它被充分稀释，不再是问题。“它使我们既能实现高性能，同时也防止盐分的积累，”福特工程教授兼机械工程系主任王说。

李说，该系统的优势在于“高性能和可靠运行，特别是在极端条件下，我们甚至可以使用接近饱和的盐水。这意味着它对废水处理也极其有效。”

他补充说，这一类的太阳能海水淡化的研究都主要集中在新型材料上。“但在我们的案例中，我们使用的材料成本非常低，几乎是家用材料。” 他说，关键是分析和理解驱动这个完全被动系统的对流流动。“人们总说是需要新材料、昂贵的材料、复杂的结构或吸湿排汗结构（不是我编的，是真的有这个结构）来做到这一点。我相信，这是第一个在没有吸水结构的情况下做到这一点的产品。”

休斯顿大学化学和生物分子工程教授哈迪·加塞米（Hadi Ghasemi）说，这种新方法“为高盐度溶液的脱盐提供了一条有前途且有效的途径，并可能改变整个太阳能海水淡化的产业”。有了这项工作。“需要进一步的工作来在大型环境中和长期评估这一概念，”他补充道。

张解释说，就像热空气上升和冷空气下降一样，自然风对流推动了该装置的脱盐过程。在靠近顶部的承压水层中，“在最顶部的水会蒸发。由于盐分，最顶部界面的水密度较高，而底部水的密度较低。因此，我们只需这种自然对流的原始驱动力，因为顶部较高的密度会驱动含盐液体下降。” 然后可以将系统顶部蒸发的水收集在冷凝表面上，从而提供纯净的淡水。

盐分进入下面的水中也可能导致热量在这个过程中流失，因此需要特殊的工程来防止这种情况发生，包括用高度绝缘的材料制作穿孔层以保持热量集中在上面。顶部的太阳能加热是通过一层简单的黑色油漆完成的。

到目前为止，该团队已经使用小型台式设备证明了这一概念，因此下一步将开始扩大到可能具有实际应用的设备。他们说，根据他们的计算，一个只有 1 平方米（约 1 平方码）收集面积的系统应该足以满足一个家庭的日常饮用水需求。张说，他们计算出，一个 1 平方米的设备所需的材料只需 4 美元左右。

李说，他们的测试设备运行了一周，没有任何盐分积累的迹象。而且该设备非常稳定。“即使我们施加一些极端的扰动，比如海水或湖面上的波浪，”这样的设备可以安装为浮动平台，“它也可以很快回到原来的平衡位置，”他说。

张说，将这种实验室规模的概念验证转化为可行的商业设备并提高整体产水率的必要工作应该可以在几年内完成。第一个应用可能是在偏远的离网地区提供安全用水，或者在飓风、地震或其他正常供水中断后的救灾。

张补充说，“如果我们能够将阳光稍微集中一点，我们就可以利用这种被动设备产生高温蒸汽，为离网农村进行医疗消毒”。

“我认为真正的机会是发展中国家，”王说。“我认为这是近期最有可能产生影响的地方，因为设计很简单。” 但是，她补充说，“如果我们真的想把它推广到市场，我们还需要与用户合作，才能真正采用我们设计的方式，让他们愿意使用它。”

信息来源：https://www.goodnewsnetwork.org/solar-powered-system-offers-a-route-to-inexpensive-desalination/