麻省理工的科学家们开发出太阳能海水淡化器 100美元满足一家日常饮用水

利用太阳能淡化海水，是一个非常有前景的研究课题，要知道地球表面有超过70%的面积被水覆盖，但令人沮丧的是其中大多数是不可饮用的。海水淡化是一项重要的技术，可以帮助获得更多的饮用水。据外媒报道，近日有两个独立的团队已经采用不同的机制研发了新型的新型太阳能海水淡化系统。

来自麻省理工(MIT)的科学家们开发出的这种太阳能海水淡化器，通过10个阶段的蒸发和凝结过程来传输太阳的热量。他们表示，一个100美元的设备就可以满足一个家庭的日常饮用水需求。

图片：麻省理工的科学家们在他们大学的屋顶上测试了一个太阳能淡化器，创造了一个被动式太阳能海水淡化的新纪录。来源：麻省理工

麻省理工的科学家们已经开发出了太阳能动力的海水淡化器的原型，通过多层转换，将水冷凝释放的热量循环利用，流入下一层，为下一阶段的蒸发提供动力，从而实现了太阳能到蒸汽的效率高达385%。上述过程并没有使用光电技术来给电力驱动的海水淡化技术供电(这种技术已经在大规模应用中得到了应用)，而是使用太阳能集热器从太阳中收集热量并蒸发海水。

图片：海水淡化的简单示意图

如图所示，垂直排列的每一层在此过程中都发挥着重要作用。首先，有一个透明的绝缘层，可以使阳光直射到黑色的吸热层。依次将热量传递到几层芯吸材料上，芯吸材料从下方将水吸起。水从该层中蒸发出来并撞击另一个表面，在该表面凝结并滴落下来以进行收集。当设备冷却时，盐分会向下扩散回海水中。

麻省理工屋顶上的原型机以每平方米太阳热能收集面积每小时5.78升的速度提供超过当地饮用水标准的水。科学家表示，这是之前被动太阳能脱盐产生水的记录的两倍多。通过对脱盐过程进行优化和添加更多的阶段，该小组估计基于这一概念的设备可以达到800%的效率。

麻省理工学院的这一设计以名为“通过一个热定位的多级太阳能蒸馏器进行的超高效海水淡化”的论文发表在了《Energyand Environmental Science》期刊上，文中提到这项研发解决了与太阳能海水淡化器相关的问题，因为它可以在没有可靠电力供应的地区运行，而且不会留下大量的高浓度卤水需要处理。相反，该机构表示，一旦太阳下山，白天积累的盐就会被排出系统。

随着进一步的创新，淡化设备可以使用低成本，和现成的材料来进一步优化成本。论文中写道：“关键在于太阳能吸收器和吸水材料，在其他系统中，这是一个单一的部件，需要高度专业化的材料。但是我们这种设计提供了更多的灵活性，允许使用低成本的材料，因为可以使用任何商业上可用的太阳能吸收材料和便宜的吸水材料。”研究论文写道。”

麻省理工的研究小组说，这种装置在基础设施有限但阳光充足、海水充足的地区非常具有潜在应用价值。研究人员已经开始研究大规模系统和小型住宅应用的可能性，一个100美元的海水淡化装置就可以满足一个家庭的日常饮用水需求。

劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence BerkeleyNational Laboratory)的实验室副主任拉维.普拉舍(Ravi Prasher)说，“太阳能海水淡化技术面临的挑战之一是，由于大量能量在凝结过程中流失，效率很低。通过有效地收集冷凝能，太阳能转化为蒸汽的整体效率显著提高，这可以大幅降低淡化的整体成本。”普拉舍没有参与这项研究。

由巴斯大学，约翰内斯堡大学和印尼茂物农业大学的研究人员设计的第二个系统则使用了完全不同的机制。

这一组研究人员设计的装置不是将水吸收通过过滤膜来蒸发出盐，而是相反地将盐从水中分离出。

使用离子系统可以实现这一过程。分隔两个腔室的是一层薄的合成半透膜，这层膜仅允许盐离子沿一个方向流动。因为该膜带负电，并与阴离子电阻器耦合，所以当且仅当施加电流时，盐的负离子才能通过。该电流不必太强，而且可以来自太阳能。

开启后，盐从一个腔室中抽出，并沉积在另一个腔室中。该团队说，与麻省理工的设计不同的地方在于：分离出来的剩余盐可以收集起来用于其他用途。巴斯大学等团队的研究结果发表在《Desalination》杂志上。

以上两个团队的研究成果引起了业内的极大关注，如果能够采用更低成本的设备，来利用太阳能进行海水淡化，这将实现数字惊人的经济和环保效益。