新设计的太阳能海水淡化系统可快速生产饮用水且不易堵塞

2023-10-04 11:57:34 来源：cnBeta

为了解决淡水可持续供应的问题，近年来研究人员开发了许多太阳能海水淡化系统。然而，一个经常遇到的难题是盐分积累，这会堵塞系统并影响产水率。为了解决这一问题，麻省理工学院和上海交通大学的研究人员从一种自然现象中获得灵感，即深海洋流是如何受海水密度差异的驱动的，这一过程被称为温盐环流。

研究人员开发出一种新型太阳能海水淡化系统，可生产大量饮用水，并采用一种受海洋启发的技术来避免盐堵塞问题。扩大规模后，该系统可提供足够的饮用水，满足一个小家庭的日常需要。

研究人员的新系统改进了他们之前的设计，这种类似的概念由称为"阶段"的多层组成。每个阶段都包含一个蒸发器和一个冷凝器，利用阳光被动地将盐分从进水中分离出来。虽然它能有效地利用太阳能蒸发水，但由于盐分积累，几天后就会堵塞。于是，研究人员尝试了一种温盐环流的方式来缓解盐分的积累。

【资料图】

新设计的单级装置看起来像一个薄薄的盒子，顶部是一种能吸收太阳热量的深色材料。盒子内部分为上下两部分。水流过上半部分，天花板上有一层蒸发器，利用太阳热量加热和蒸发直接接触到的水。水蒸气被输送到下半部，冷凝器层将水蒸气空气冷却成无盐的饮用水。

整个箱体是倾斜的，再加上来自阳光的热能，使水流过时产生漩涡。这种运动有助于使水与上层蒸发层接触，同时保持盐的循环，防止盐沉淀和堵塞。

太阳能海水淡化系统工作原理示意图

该研究的通讯作者之一徐振元（音译）说："我们现在引入了一种更强大的对流，它类似于我们通常在海洋中看到的千米长尺度的对流。海水暴露在空气中时，阳光会促使海水蒸发。一旦海水离开海面，盐分就会残留下来。盐的浓度越高，液体的密度就越大，这种较重的水就会向下流动。通过在[一个]小盒子中模拟这种千米范围内的现象，我们可以利用这一特点来排斥盐分。"

研究人员发现，他们的系统能在不同盐浓度的环境中产生淡水，从天然海水到盐度高出七倍的水。他们说，如果将该系统放大到一个小手提箱大小，每小时可生产 4 至 6 升（1.1 至 1.6 加仑）水，并可持续使用数年，然后才需要更换部件。

研究人员说，由于该系统的产水率高，盐排斥率高，使用寿命长，而且是太阳能供电，不需要电力，因此运行该系统的总体成本将比美国生产自来水的成本更低。

研究报告的共同作者杨忠说："我们的研究表明，这种设备能够实现较长的使用寿命。这意味着，利用阳光生产的饮用水首次有可能比自来水便宜。这为太阳能海水淡化解决现实问题提供了可能。"

这项研究发表在《焦耳》杂志上。

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