高效海水淡化技术——构建光热界面蒸发的新策略

构建高效界面太阳能蒸发系统以缓解全球淡水短缺的三大战略示意图。资料来源：纳米研究能源，清华大学出版社

该团队的论文研究了二维和三维太阳能蒸发器的能源关系，并回顾了设计和制造高效ISE系统的策略。他们总结的工作为指导未来ISE系统的设计走向实际应用提供了视角。

ISE是一种海水淡化技术，通过一个既环保又可持续的过程生产淡水。通过这项技术，太阳能被利用来蒸发和净化水。 该技术使用光热蒸发器，将来自太阳光的热量转化为蒸发表面的局部热量，以有效地产生水汽，而不是消散在散装水和环境中。

传统的海水淡化技术，如膜过滤和热蒸馏需要消耗大量来自化石燃料的电力，因此它们被认为是不环保的。科学家们继续寻找使用绿色和可持续能源的新海水淡化技术。

最近在ISE技术方面的工作主要集中在优化能源管理上。研究人员已经改进了光热材料和蒸发器的设计，目的是为了实现更有效的能源利用。这是通过三个途径实现的：最大限度地减少从蒸发系统到环境中的能量损失，扩大从环境中输入的能量以加强蒸发过程，以及减少蒸发焓，从而使汽化过程更有效率。

该团队的评论系统地总结了这些提高实际太阳能蒸发性能的途径。"研究结论清楚地表明，通过应用具有高效光热转换的材料或具有智能能源管理策略的先进蒸发器的结构设计，可以显著提高蒸发率，"深圳科技大学的教授李玉说。

南澳大利亚大学教授徐浩岚说："实现高效太阳能蒸发的主要原则包括避免能量从蒸发系统流失到环境中，扩大来自周围空气和散水的能量输入，充分利用蒸发系统中已有的能量，以及降低蒸发焓。"

该团队提出了在推动下一代ISE系统走向实际应用时需要考虑的五项建议：

第一个建议是为ISE引入新的能源。 由于太阳光强度变化很大，探索新的能源对全天、全天候和全季节的ISE系统很重要。

第二个建议是不断探索新型光热材料。 研究小组建议，光热材料的下一阶段的发展需要关注在宏观和微观纳米尺度上最大限度地利用热能。

第三条建议是探索光热蒸发器的创新设计。 这些下一代蒸发器应最大限度地收集能量和蒸发水，同时改善水的流动，以确保供水和蒸发的平衡。

第四项建议是在有限的空间内提高产水量。 在ISE系统中，水的蒸发和收集是两个主要部分。尽管研究人员已经实现了非常高的太阳能蒸发率，但高效的水收集很少被报道。下一代ISE系统需要有一个优秀的水蒸发模块和一个适合紧凑空间的高效蒸汽冷凝模块。

该团队的 第五项建议侧重于开发大规模ISE系统的重要性， 以用于实际应用，如海水淡化和废水处理。他们建议将小型蒸发器作为单元生产，并组装成一个更大的相互连接的系统。

展望未来，该团队认为ISE技术有可能为解决淡水匮乏问题提供实际应用。"在当前全球清洁水短缺和倡导低碳排放技术的背景下，ISE现在被认为是解决全球清洁水短缺问题的最有希望的技术之一。然而，推进ISE技术的实际应用还有很长的路要走，"清华大学教授张盈盈说。