太阳能淡化海水技术

随着社会的进步，科技的发展，人们对能源的需求越来越大，而现有的能源有限，需要人们不断发展新能源，而太阳能就是一个不错的选择，人们开始大力发展太阳能能发电。麻省理工学院的研究人员在中国开发的完全无源的太阳能淡化系统可以为每个平方米的太阳能集热区每小时提供1.5加仑以上的新鲜饮用水。这样的系统有可能服务于离网干旱的沿海地区，以提供有效，低成本的水源。

该系统使用多层平面太阳能蒸发器和冷凝器，并以垂直阵列排列，并在顶部放置透明的气凝胶隔热层。今天在《能源与环境科学》杂志上发表的一篇论文中对此进行了描述，该论文由麻省理工学院的博士生张佳男和赵琳，博士后徐振元，机械工程学教授，系主任Evelyn Wang以及麻省理工学院和上海交通大学的其他八位作者撰写。中国的通大学。

系统效率的关键在于它使用多个阶段中的每个阶段来淡化水的方式。在每个阶段，都利用而不是浪费前阶段释放的热量。这样，该团队的演示设备在将太阳光的能量转换为水蒸发的能量时可以达到385%的总体效率。

该设备本质上是多层太阳能蒸馏器，具有一组用于蒸馏液体的蒸发和冷凝成分。它使用平板吸收热量，然后将热量转移到一层水上，使其开始蒸发。然后，蒸气在下一个面板上冷凝。收集了水，而蒸气冷凝产生的热量则传递到下一层。

每当蒸气凝结在表面上时，都会释放出热量。在典型的冷凝器系统中，热量仅散失到环境中。但是在这种多层蒸发器中，释放的热量流向下一个蒸发层，从而回收了太阳热并提高了整体效率。

王说：“冷凝水时，会释放出热量。” “如果您有多个舞台，则可以利用这一热量。”

添加更多的层可提高生产饮用水的转化效率，但每一层也会增加系统的成本和体积。团队确定了其概念验证设备的10阶段系统，该系统已在MIT建筑物屋顶上进行了测试。该系统以每平方米5.78升(每11平方英尺约1.52加仑)的速度收集超过城市饮用水标准的纯净水。王说，这是以前任何此类被动式太阳能淡化系统产生的记录量的两倍多。

从理论上讲，通过更多的脱盐阶段和进一步的优化，这样的系统可以达到高达700%或800%的总体效率水平。

与某些脱盐系统不同，没有盐或浓盐水的积聚可供处理。根据研究人员的说法，在自由浮动的配置下，白天累积的任何盐都将在晚上通过芯吸材料被带回海水中。

他们的示范装置主要由廉价，容易获得的材料建造，例如商用黑色太阳能吸收器和用于吸水的毛细纸巾，以使水与太阳能吸收器接触。Wang说，在其他大多数制造被动式太阳能淡化系统的尝试中，太阳能吸收器材料和芯吸材料都是单一的组件，这需要专门且昂贵的材料。“我们已经能够将两者分离。”

原型中最昂贵的组件是在堆栈顶部用作绝缘体的透明气凝胶层，但研究小组建议可以使用其他较便宜的绝缘体作为替代方案。(气凝胶本身由廉价的二氧化硅制成，但需要专门的干燥设备来制造。)

Wang强调，团队的主要贡献是了解如何优化此类多级无源系统的框架，他们将其称为热局部多级脱盐。他们开发的公式很可能适用于各种材料和设备架构，从而可以根据不同的操作规模或当地条件和材料进一步优化系统。

一种可能的配置是在诸如蓄水池之类的盐水体上的浮板。只要每天有阳光，它们就可以通过管道不断地和被动地向岸上输送淡水。可以设计其他系统来服务于单个家庭，也许可以在抽水或运入的大型浅水海水箱中使用平板显示器。该团队估计，一个太阳能收集面积约为1平方米的系统可以满足要求。一个人的日常饮用水需求。在生产中，他们认为构建用于满足家庭需求的系统的价格约为100美元。

研究人员计划进行进一步的实验，以继续优化材料和配置的选择，并在实际条件下测试系统的耐用性。他们还将致力于将实验室规模的设备的设计转换为适合消费者使用的设备。希望它最终可以在减轻发展中国家部分地区的缺水中发挥作用，这些地区的可靠电力稀缺，但海水和阳光充足。

研究团队包括上海交通大学的李邦军，王晨曦和王如竹，以及麻省理工学院的Abdul Latif Jameel水系教授Bikram Bhatia，Kyle Wilke，Youngsup Song，Omar Labban和John Lienhard。该研究得到了中国国家自然科学基金会，新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟以及麻省理工学院塔塔技术与设计中心的支持。相信再过几年到几十年，当人类利用太阳能的技术很成熟的时候，这样就有了无穷尽的能源供给社会的使用，再当下就需要研究者更加努力研究新技术。