太阳能热海水淡化效率再创新高

淡水是人类社会赖以生存和发展的基本物质之一，目前仅存在于人类可以直接利用的河流，湖泊和地下淡水中，不足0.36％。海水占地球总水量的97％以上，海水太高，无法直接饮用或灌溉，剩余淡水不到3％，淡水分布极为不均匀，其中3/4为冻结在寒冷地区的地极和冰川两极。在剩余的淡水中，地下水是地表水的37倍。

随着社会经济发展和工业化进程的加快，人类对淡水资源的需求不断增加。一些岛屿和沿海盐碱地区以及内陆微咸水地区一直是缺乏淡水的地区。为了解决这一发展中的矛盾，特别是缺水地区缺少淡水，附近海水淡化或咸淡水已成为扩大淡水来源的有效途径之一。

当然，海水或微咸水的脱盐方法很多，例如常规蒸馏法，离子交换法，渗析法，反渗透膜法和冷冻法。除了消耗大量的燃料或电力，这些传统方法还污染空气并引起温室效应。因此，能源消耗的95％来自太阳能，几乎没有常规能源，如石油，天然气，煤炭等。绿色环保且无污染，具有高纯度淡水的太阳能淡化技术被广泛使用。

2018年，美国能源部宣布将支持2100万美元，用于支持太阳能光伏热海水淡化技术研究和开发项目，旨在加速太阳能热太阳能海水淡化技术的创新突破。并降低了太阳能热海水淡化的成本； 2019在工业和信息化部与中国水利部联合发布的《国家鼓励的中国工业节水工艺，技术和设备目录（2019）（2019）》中，《太阳能光热低温复合机提到了“高效海水淡化技术”。

2013年，中国首个太阳能光伏热淡化示范项目在海南建成并投入运行。蒸馏水的日产量约为30吨，可解决约5,000人对健康饮用水的需求。水的生产成本大约是传统安装的45％。到2020年，沙特阿拉伯的第一座“太阳能圆顶”淡化厂将开始建设，并将使用聚光太阳能技术进行淡化，其生产成本约为0.34美元/吨，远低于该淡化厂的生产成本。反渗透法。

除生产成本外，效率也是太阳能淡化的重点。以前，美国赖斯大学的研究人员使用廉价的塑料镜片将太阳光聚焦在“热点”上，从而使太阳能淡化系统的效率提高了约50％。他们说，提高太阳能淡化系统性能的典型方法是增加太阳能集中器和增加光量，这种方法的最大优点是使用相同量的光，不仅可以在低功率下重新分配功率成本，也大大提高了纯净水的生产率。

最近，上海交通大学制冷与低温工程研究所和麻省理工学院的研究人员发表了超高效太阳能海水淡化研究的最新进展，即在1000W / m2的太阳能下通过使用商业和低成本材料建造实验装置，实现了创纪录的385％的太阳蒸发效率和5.78L /（m2h）的海水淡化水生产率。相关结果已发表在《能源环境科学》杂志上。

图1 MIT的光热海水淡化测试装置

完全被动的太阳能海水淡化技术，由于其结构简单，方便的材料是其中一种解决海水淡化的有效技术，特别是在缺乏基础设施和偏远地区的情况下，但其效率一直很低（约35％）。近年来，太阳界面蒸发为高效和便携式海水淡化提供了新思路，并已成为能源科学，材料科学和热科学相交领域的研究热点，但其效率也非常有限（约100％） 。

研究小组指出，系统化的能量传递优化是实现超高效太阳能海水淡化的关键，而不是高性能材料。他们提出的“界面局部加热型多级太阳能蒸馏结构”结合了局部太阳能界面加热和蒸汽焓的回收利用，显着提高了被动太阳能海水淡化的效率，比以前的研究高出2倍。

图2局部加热多级太阳能蒸馏（TMSS）

图3 TMSS装置的设计和组成

根据介绍，被动式太阳能脱盐装置还可以通过毛细作用用于被动补水，同时可以通过反向扩散实现被动盐的排放。研究人员进一步指出，该设备的预制价格可以满足家庭的日常饮用水需求，该价格可以确保长期稳定的被动工作。

价格约为100美元，在基础设施有限但阳光和海水充足的地区具有极高的应用潜力。因此，研究结果为偏远或离网地区的淡水短缺问题提供了更实用，有效的解决方案，也为界面太阳蒸发的实用性和效率提供了崭新的思路和理论框架。