太阳能蒸馏净水系统在海水淡化中的应用
目前，全球变暖及气候变化，淡水资源变得越来越珍贵，而海水同时又是世界上丰富的水资源。通过有效的技术手段，把海水和地下水中的盐分和污染物去除，是缓解人类淡水危机的方法之一。
然而，目前大型的海水淡化设备投资仍然非常昂贵，且仍然使用以反渗透为主的海水淡化技术。反渗透是一种借助泵压来克服渗透压的膜分离技术，由于海水具有非常高的电导率，往往需要非常高的电力消耗，因此电能成本和清洗维护成为了此类技术的最主要成本支出。
Part01 太阳能蒸馏技术的发展
使用太阳能蒸馏技术来淡化海水，这种技术的应用已经存在了数百年之久。沙特阿拉伯目前正在建造一面巨大的反射镜，通过将太阳光聚集到一个玻璃钢穹顶的方式汇聚热量，这样一个足球场大小的钢制玻璃穹顶上，通过汇集的大量太阳能热量使海水蒸发，从而获得淡水。
随着近现代技术的发展，研究人员不断尝试新的材料和设计，试图让海水淡化过程变得更便宜、简单、便携，从而让更新的海水淡化技术在更多地区得到应用。
美国莱斯大学的电气与计算机工程师娜奥米·哈拉斯（Naomi Halas）说：“发展中国家以及全世界的干旱地区对淡水资源需求量巨大，太阳能热技术不仅可以降低海水淡化过程对能源的需求，还可以在远离电网的偏远地区使用。”
美国能源部曾经主办过太阳能海水淡化奖（Solar Desalination Prize），试图通过比赛的方式来鼓励新的技术开发，目标是希望能以1.5美元的成本生产1000升的淡水。
而莱斯大学的土木与环境工程师李琪琳则说：“现在没有任何技术能以如此低成本处理高浓度盐水。”
美国能源部可再生能源实验室的克雷格·图尔希（Craig Turchi）表示，太阳能系统可以克服反渗透技术的一大缺点。因为反渗透技术一般只能淡化输入量一半左右的水资源，剩下的盐分会逐渐富集堵塞反渗透膜，从而导致维护成本变高及效率下降。
反渗透产生的浓水一般被称为卤水，目前这种浓缩后的卤水仍然排入了海洋环境中。相比而言，太阳能淡化系统有着更高的浓缩效率，通过太阳能淡化的海水，含盐量可以达到反渗透技术的两倍以上。
美国能源部发言人梅根·休斯（Meghan Hughes）表示，以太阳能为代表的热驱动技术，能够更高效的处理高浓度盐水，将来这个技术不仅可以应用于来自反渗透技术的浓缩水，还可以应用于美国西南等地的地下盐水，以及一些反渗透技术无法处理的农业和工业废水。
Part02 太阳能薄膜蒸发技术
目前，来自美国莱斯大学的工程师哈拉斯和莱斯大学的土木与环境工程师李琪琳已经制造出了一种太阳能海水淡化装置，装置的核心技术是一张多孔的塑料膜，这种膜可以让水蒸气通过同时阻拦其他物质。
同时，多孔薄膜的一侧还覆盖着微小的碳颗粒，这些碳颗粒更容易吸收太阳的热量，从而让薄膜上的海水可以吸收到更多的热量，更容易受热蒸发，在通过薄膜后水蒸气另一侧手冷凝结成淡水。
经过新的技术研发，目前哈拉斯的研究团队又在塑料薄膜的基础上，引入了塑料透镜技术，从而获得更好的光聚集效果，热量的收集效率可以提高50%以上。
目前研究团队认为，对于美国能源部提出的目标，他们有希望在几年内实现，如果他们能够通过提高现有技术，在一平方米的装置面积上，产生20L/小时的废水，这个目标就可以完成。
来自美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的土木与环境工程师戴维·亚希波（David Jassby），他的团队目前也采用了类似的办法，将导热材料整合到薄膜中。
此种技术利用了铝的良好导热性，在薄膜下方增加一张细铝网，通过太阳能加热铝网的方式来获得热量。他说：“这样就可以把薄膜卷成螺旋状的模块，不必大面积地直接暴露在太阳光下。”目前，这种技术的最新测试数据表明，每平米薄膜每小时可以产出9升淡水。
但来自麻省理工学院的机械工程师则表示，利用太阳能淡化海水的技术还需要加强技术研究，从而能够更高效实现能量转化。
张乐楠表示，伊夫琳·王的团队“会不断重复利用能源”提高转化效率。他们研发的设备包括10个尼龙结构，每个结构都有一片黑色的太阳能吸收层、一层纸巾和一张铝膜。
在加热过程中，黑色吸收层将纸巾中的盐水蒸发，蒸汽凝结在铝膜上。水蒸气冷凝放热，热量传递到下一层纸巾协助蒸发，而不是白白流失。张乐楠表示，价值100美元的装置每小时可以处理出6升淡水。如果使用更复杂的材料和设计，效率还有可能提高一倍。
目前，另一种有趣的方法利用了加湿的过程，可以使干燥的空气通过盐水喷雾实现提纯。俄勒冈州立大学机械工程师巴赫曼·阿巴西（Bahman Abbasi）说：“空气会吸收水分，但不会吸收固体盐分。”他设计的系统利用太阳能加热、压缩盐水和空气的混合物，并从喷嘴高速射出。
这个过程会产生一个漩涡，当空气上升冷凝时，盐分等固体就会被推到设备的另一个壁面上。实验表明，这种背包大小的装置可净化含盐度达到海水3倍的盐水，每小时能生产约20升淡水。
这些成本相对低廉的技术都可以为便携式净水器或离网应用打开新的市场。图尔希表示，相关技术最终也有可能打造出大规模的太阳能净水系统，为城市提供饮用水。
目前，这些技术将作为反渗透技术的补充，在反渗透技术难以发挥的一些场景展现自身的价值。
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