利用太陽能淡化海水，是一個非常有前景的研究課題，要知道地球表面有超過70%的面積被水覆蓋，但令人沮喪的是其中大多數是不可飲用的。海水淡化是一項重要的技術，可以幫助獲得更多的飲用水。據外媒報道，近日有兩個獨立的團隊已經采用不同的機制研發了新型的新型太陽能海水淡化系統。

來自麻省理工(MIT)的科學家們開發出的這種太陽能海水淡化器，通過10個階段的蒸發和凝結過程來傳輸太陽的熱量。他們表示，一個100美元的設備就可以滿足一個家庭的日常飲用水需求。

圖片：麻省理工的科學家們在他們大學的屋頂上測試了一個太陽能淡化器，創造了一個被動式太陽能海水淡化的新紀錄。來源：麻省理工

麻省理工的科學家們已經開發出了太陽能動力的海水淡化器的原型，通過多層轉換，將水冷凝釋放的熱量循環利用，流入下一層，為下一階段的蒸發提供動力，從而實現了太陽能到蒸汽的效率高達385%。上述過程并沒有使用光電技術來給電力驅動的海水淡化技術供電(這種技術已經在大規模應用中得到了應用)，而是使用太陽能集熱器從太陽中收集熱量并蒸發海水。

圖片：海水淡化的簡單示意圖

如圖所示，垂直排列的每一層在此過程中都發揮著重要作用。首先，有一個透明的絕緣層，可以使陽光直射到黑色的吸熱層。依次將熱量傳遞到幾層芯吸材料上，芯吸材料從下方將水吸起。水從該層中蒸發出來并撞擊另一個表面，在該表面凝結并滴落下來以進行收集。當設備冷卻時，鹽分會向下擴散回海水中。

麻省理工屋頂上的原型機以每平方米太陽熱能收集面積每小時5.78升的速度提供超過當地飲用水標準的水。科學家表示，這是之前被動太陽能脫鹽產生水的記錄的兩倍多。通過對脫鹽過程進行優化和添加更多的階段，該小組估計基于這一概念的設備可以達到800%的效率。

麻省理工學院的這一設計以名為“通過一個熱定位的多級太陽能蒸餾器進行的超高效海水淡化”的論文發表在了《Energyand Environmental Science》期刊上，文中提到這項研發解決了與太陽能海水淡化器相關的問題，因為它可以在沒有可靠電力供應的地區運行，而且不會留下大量的高濃度鹵水需要處理。相反，該機構表示，一旦太陽下山，白天積累的鹽就會被排出系統。

隨著進一步的創新，淡化設備可以使用低成本，和現成的材料來進一步優化成本。論文中寫道：“關鍵在于太陽能吸收器和吸水材料，在其他系統中，這是一個單一的部件，需要高度專業化的材料。但是我們這種設計提供了更多的靈活性，允許使用低成本的材料，因為可以使用任何商業上可用的太陽能吸收材料和便宜的吸水材料。”研究論文寫道。”

麻省理工的研究小組說，這種裝置在基礎設施有限但陽光充足、海水充足的地區非常具有潛在應用價值。研究人員已經開始研究大規模系統和小型住宅應用的可能性，一個100美元的海水淡化裝置就可以滿足一個家庭的日常飲用水需求。

勞倫斯伯克利國家實驗室(Lawrence BerkeleyNational Laboratory)的實驗室副主任拉維.普拉舍(Ravi Prasher)說，“太陽能海水淡化技術面臨的挑戰之一是，由于大量能量在凝結過程中流失，效率很低。通過有效地收集冷凝能，太陽能轉化為蒸汽的整體效率顯著提高，這可以大幅降低淡化的整體成本。”普拉舍沒有參與這項研究。

由巴斯大學，約翰內斯堡大學和印尼茂物農業大學的研究人員設計的第二個系統則使用了完全不同的機制。

這一組研究人員設計的裝置不是將水吸收通過過濾膜來蒸發出鹽，而是相反地將鹽從水中分離出。

使用離子系統可以實現這一過程。分隔兩個腔室的是一層薄的合成半透膜，這層膜僅允許鹽離子沿一個方向流動。因為該膜帶負電，并與陰離子電阻器耦合，所以當且僅當施加電流時，鹽的負離子才能通過。該電流不必太強，而且可以來自太陽能。

開啟后，鹽從一個腔室中抽出，并沉積在另一個腔室中。該團隊說，與麻省理工的設計不同的地方在于：分離出來的剩余鹽可以收集起來用于其他用途。巴斯大學等團隊的研究結果發表在《Desalination》雜志上。

以上兩個團隊的研究成果引起了業內的極大關注，如果能夠采用更低成本的設備，來利用太陽能進行海水淡化，這將實現數字驚人的經濟和環保效益。

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