层层传“热”：海水淡化效率倍增(2)

与传统冷凝装置系统不同，这一多级太阳能蒸馏设置因在太阳能吸收层两侧增加气凝胶和吸液芯，可防止吸收层的热量通过辐射、对流和导热形式向外泄露，同时保证海水连续蒸发。

“这一新方法意义重大。”美国劳伦斯伯克利国家实验室副主任、加州大学伯克利分校机械工程系教授拉维·普拉希尔表示，太阳能蒸馏海水淡化面临的挑战之一，是由于冷凝过程中大量能量的损失，导致海水淡化效率低下。而通过有效地收集冷凝热，太阳能蒸汽的整体效率可大幅提高。

“由于该结构在‘太阳能—蒸汽转换’和‘蒸汽—水转换’环节提升系统效率，且二者对系统性能的提升是相乘关系，因此，太阳能海水淡化整体效率可以得到显著提升。”徐震原说。

值得一提的是，模型显示增加级数对于整体效率的提升始终有效，但该效果随着级数的增加迅速衰减。研究人员综合考虑高效率、抗污染性、经济性和可携带性等多方面因素，最终将局部加热型多级太阳能蒸馏系统设制成为一个10级结构、蒸发—冷凝间距为5毫米的系统。

便携小型“随处可用”

研究人员希望缺乏基础设施建设或电网供应，且淡水资源短缺的沿海区域的人们，也可以享受到海水淡化技术的福利。

徐震原的愿景是，“只要有太阳能和海水，随时随地都能用”。

为此，局部加热型多级太阳能蒸馏系统示范装置在设计时注重便携化和小型化，由现成的廉价材料所搭建，包括玻璃盖板、铝片、纸巾和尼龙框架等。比如，将纸巾作为毛细多孔蒸发器，其成本低，还具有丰富的纤维素、纤维微孔结构。

“以往其他的被动式太阳能海水淡化系统，太阳能吸收器和吸水器件都是独立的部件，它们的材料既专业化又昂贵。”王如竹表示，在这一系统中，将光热转换、绝热和毛细补水功能分层实现，在实现高效太阳能蒸发的同时降低了对蒸发器多性能耦合的要求，提升了材料选取的灵活性，并降低成本。

“我们设计的装置适用于各种材料，可根据实际情况和条件进一步优化。” 王如竹对记者说。

对于太阳能海水淡化技术产业化，徐震原表示，应当根据集中式或分散式的应用分别考虑。目前用于集中式海水淡化的技术已经比较成熟且效率较高。而对于分散式海水淡化，当地的基建能力并不强，或者需要频繁移动，需要考虑的便是便携性和纯被动运行，原有的高效技术无法应用，需要更便携式的海水淡化技术。

根据预测，局部加热型多级太阳能蒸馏系统可将被动式太阳能海水淡化的效率提高至700%或800%。

但在徐震原看来，在追求更高效率的同时，如何实现长期稳定运行是将该成果推向实用化的瓶颈。其中，结盐和结垢是在海水淡化中影响蒸发器长效稳定的重要因素。“探索兼具太阳能高效蒸发和长期防结盐的新设计也在我们的研究计划中。”他说。

相关论文信息：https://doi.org/10.1039/c9ee04122b

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