利用太陽能以極低的成本淡化海水：這是麻省理工學院的最新發現

麻省理工學院和中國工程師的目標是透過受海洋啟發、由太陽提供動力的完全被動裝置將海水轉化為飲用水。

在今天發表在《焦耳》雜誌上的一篇文章中，該團隊描述了一種新型太陽能海水淡化系統的設計，該系統收集鹽水並用自然陽光加熱。

該設備的配置允許水在漩渦中循環，類似於海洋中更大的「溫鹽」循環。這種循環與太陽的熱量結合，導致水蒸發，留下鹽。由此獲得的水蒸氣可以冷凝並收集為純淨的飲用水。同時，殘留的鹽繼續在設備中循環並流出設備，而不是積聚並堵塞系統。

溫鹽環流

與目前正在測試的所有其他被動式太陽能海水淡化概念相比，新系統的產水率和脫鹽率更高。

研究人員估計，如果該系統擴大到一個小手提箱的大小，每小時可生產約 4 至 6 公升飲用水，可持續使用數年，然後才需要更換零件。在這種尺寸和性能下，該系統可以以低於自來水的速度和成本生產飲用水。

麻省理工學院設備研究實驗室的研究員張樂南說：“第一次，陽光產生的水可能比自來水更便宜。”

團隊設想，更大規模的設備可以被動地生產足夠的飲用水，以滿足小家庭的日常需求。該系統還可以為易於獲取海水的離網沿海社區供電。

張研究的合著者包括麻省理工學院研究生楊忠和福特工程教授王伊芙琳，以及中國上海交通大學的高金童、尤金芳、葉佔宇、王如珠和徐振元。

麻省理工學院原型

強大的對流系統

該團隊的新系統改進了先前的設計：類似的多層概念，稱為階段。每個階段都包含一個蒸發器和冷凝器，利用太陽的熱量被動地將鹽與進水分離。該團隊在麻省理工學院大樓的屋頂上測試了這項設計，有效地將太陽能轉化為蒸發水，然後將水凝結成飲用水。但剩餘的鹽很快就以晶體的形式積累，幾天後堵塞了系統。在現實環境中，使用者必須頻繁放置舞台，從而顯著增加系統的整體成本。

接下來，他們提出了一種具有類似分層配置的解決方案，這次具有有助於循環流入的水和殘留鹽的附加功能。在防止鹽沉澱和積聚在設備上的同時，這種設計以相對較低的速度對水進行淡化。

透過最新的迭代，團隊相信他們已經實現了同時實現高產水量和高脫鹽率的設計，這意味著該系統可以快速、可靠地長期生產飲用水。新設計的關鍵是結合了先前的兩個概念：蒸發器和冷凝器的多級系統，其配置用於增加每個階段內水和鹽的循環。

「現在我們引入了更強大的對流，類似於我們通常在海洋中看到的千米尺度的對流，」徐解釋道。

該團隊的新系統產生的小環流類似於海洋的“溫鹽”對流，這是一種基於海洋溫度（“溫”）和鹽度（“鹽”）差異驅動水在世界各地運動的現象。海。

「當海水暴露在空氣中時，陽光會使水蒸發。一旦水離開表面，鹽就會殘留下來。鹽濃度越高，液體密度越大，向下流動的水就越重。」張解釋。 “通過在小盒子裡模仿這種公里大小的現象，我們可以利用這一特性來排斥鹽。”

淡水可以直接從鹽水中抽取

團隊新設計的核心是一個類似薄盒子的單級，上面覆蓋著能有效吸收太陽熱量的深色材料。盒子內部分為上下兩部分。水可以流過上半部，上半部的上表面襯有蒸發層，利用太陽的熱量在直接接觸時加熱和蒸發水。然後，水蒸氣通過管道進入盒子的下半部分，其中冷凝層將蒸氣冷卻成可飲用的無鹽液體。研究人員將整個盒子以一定角度放置在一個更大的空容器中，然後將一根管子從盒子的上半部連接到容器的底部，並將容器漂浮在鹽水中。

在這種設置中，水可以自然地通過管道上升並到達盒子，盒子的傾斜與太陽的熱能相結合，導致水在流動時產生漩渦。一方面，這些漩渦總是更新與蒸發表面接觸的水，另一方面，這種運動可以防止在盒子中形成鹽沉積物。

該團隊建造了多個原型，包括一級、三級和十級，並在不同鹽度的水中測試了它們的性能，包括天然海水和七倍鹹水。

根據這些測試，研究人員計算出，如果每個階段縮小到一平方米，每小時最多可生產 5 公升飲用水，並且該系統可以在幾年內將水淡化而不累積鹽分。考慮到使用壽命的延長以及該系統完全被動且不需要電力運行的事實，該團隊估計該系統的總體運行成本將低於美國生產自來水的成本。

「我們證明該設備可以實現較長的使用壽命，」鐘說。「這意味著，陽光產生的飲用水可能第一次比自來水更便宜。這開啟了太陽能海水淡化解決現實世界問題的可能性。”

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