利用阳光从海水有效地制作新鲜饮用水

在麻省理工学院建筑屋顶上的测试表明，一个简单的概念脱水装置可以以每小方米的太阳能收集区域为每小时的超过1.5加仑的速率产生干净的饮用水。

简单，太阳能水海水淡化系统实现了利用阳光的新效率，从海水中制作新鲜的饮用水。

由MIT和中国的研究人员开发的一个完全被动的太阳能海水淡化系统可以为每小时为每平方米提供超过1.5加仑的新鲜饮用水，适用于每平方米的太阳能收集区域。这些系统可能潜在地为越来越多的沿海地区提供有效，低成本的水源。

该系统使用多层的扁平太阳蒸发器和冷凝器，在垂直阵列中排成并旋转透明气凝胶绝缘。它是在昨天（2月6日）的论文中介绍了昨天（2月6日）在期刊能量和环境科学，由麻省理工学院张博士·汉钊和林兆，博昭，机械工程和部门负责人教授王利恩王和其他八在中国和上海交通大学的麻省理工学院。

系统效率的关键在于它使用多个阶段的每个阶段的方式脱落水。在每个阶段，先前阶段释放的热量被利用而不是浪费。通过这种方式，团队的演示装置可以在将阳光的能量转化为水蒸发能量的情况下实现385％的整体效率。

该装置本质上仍然是多层太阳能，具有一组蒸发和冷凝组分，如用于蒸馏液的那些。它使用平板电池吸收热量，然后将热量转移到一层水中，使其开始蒸发。然后蒸汽在下一个面板上凝结。收集水，而来自蒸汽冷凝的热量被传递到下一层。

图说明了所提出的海水淡化系统的基本结构。阳光穿过左侧的透明绝缘层，加热黑色吸热材料，使热量转移到一层芯吸材料（以蓝色示出），在那里它蒸发，然后在表面（灰色）上冷凝滴下来被收集为新鲜，饮用水。

每当蒸汽凝结在表面上，它会释放热量;在典型的冷凝器系统中，这种热量只是对环境丢失。但在这种多层蒸发器中，释放的热量流到下一个蒸发层，回收太阳能热量并提高整体效率。

“当你冷凝水时，你会作为热量释放能量，”王说。“如果你有一个以上的阶段，你可以利用这种热量。”

添加更多层会增加生产饮用水的转换效率，但每层还增加了成本和散装到系统。该团队在概念验证设备上定居了10阶段系统，该设备在麻省理工学院建筑屋顶上进行了测试。该系统提供纯净的水，超过城市饮用水标准，每平方米（每平方米约1.52加仑）的太阳能收集区域的速度为5.78升。王说，这与先前通过任何这种被动太阳能海水淡化系统产生的记录金额有两倍多。

张说，理论上，通过更多的脱盐阶段和进一步的优化，这种系统可以达到700或800％的整体效率水平。

与一些脱盐系统不同，没有盐或浓缩盐水的积累。根据研究人员，在自由浮动配置中，任何在白天积累的盐都会通过芯吸材料并返回海水，并根据研究人员回到海水中。

他们的演示单元主要来自廉价，易于获得的材料，如商业黑色太阳能吸收剂和用于毛细管的纸巾，以将水与太阳能吸收器接触。王说，在大多数其他制造被动太阳脱水系统的尝试中，太阳能吸收材料和芯吸材料一直是单个组件，这需要专业且昂贵的材料。“我们已经能够解耦这两个人。”

原型的最昂贵的成分是一层透明气体，用作堆叠顶部的绝缘体，但该团队表明其他较便宜的绝缘体可以用作替代方案。（气凝胶本身由污垢廉价的二氧化硅制成，但需要专门的干燥设备进行制造。）

王强调，该团队的主要贡献是了解如何优化这种多级无源系统的框架，他们称之为热局部化多级脱盐。它们开发的公式可能适用于各种材料和设备架构，允许基于不同的操作或局部条件和材料的不同尺度进一步优化系统。

一种可能的配置将在盐水等体内浮动面板，例如蓄水池。只要阳光照在每天都会，这些可能会一直且被动地将淡水送到岸边。其他系统可以设计用于为单个家庭提供服务，或许在泵送或承载的大型浅坦水箱上使用平板电影。该团队估计具有大约1平方米的太阳能收集区域的系统可以满足每日饮用水需求一个人。在生产中，他们认为建造一个系统的系统，可能需要建造在大约100美元上。

研究人员计划进一步实验继续优化材料和配置的选择，并在现实条件下测试系统的耐用性。他们还将致力于将其实验室规模设备的设计转化为适合消费者使用的东西。希望能够最终在发展中国家部分地区的水资源稀缺方面发挥作用，可靠的电力稀缺，但海水和阳光都丰富。

“这种新方法是非常重要的，”劳伦斯伯克利国家实验室和加利福尼亚大学机械工程兼职机械工程教授伯克利没有参与这项工作的机械工程教授。“由于凝结中的显着能量损失，太阳仍然基于脱盐的挑战之一效率低。通过有效地收集冷凝能，总太阳能升高了蒸汽效率。… 这种提高的效率将对降低产量的成本进行总体影响。“

参考：“通过热局部的多级太阳能静止超高效率脱落”镇远徐，凌南张，林兆，隆俊李，比克拉姆·布哈里亚，陈溪王，凯尔·威克，年轻歌曲，奥马尔·拉巴，约翰赫·莱恩哈德，Ruzhu王某王某N. Wang，1月15日2020年，能源与环境科学.DOI：
10.1039 / C9EE04122B.

研究团队包括刘军李，陈曦王和汝珠王在上海娇桐大学，凯尔威克，凯尔威克，年轻歌曲，奥马尔·拉巴和约翰莱恩哈德，他是麻省理工学院的Abdul Latif Jameel教授。该研究得到了中国国家自然科学基金的支持，新加坡麻省理工学院的研究和技术联盟，以及技术和设计的麻省理工学院塔塔中心。