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太陽能系統提供廉價的海水淡化途徑

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科技產業資訊室(iKnow) - 黃松勳 發表於 2022年2月24日
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圖、太陽能系統提供廉價的海水淡化途徑

水資源短缺已成為人類面臨的嚴峻挑戰,因為全球有三分之二的人口受到水資源短缺的影響,生產潔淨水因而產生巨大潛力。因此,藉由蒸發界面附近進行太陽熱能轉換之高效率太陽能蒸發(solar evaporation),在被動蒸汽產水、海水淡化、廢水處理和醫療消毒方面引起大量的研究興趣。
 
太陽能海水淡化系統的許多都依賴於某種燈芯裝置吸起鹽水,但燈芯容易受到鹽分積累的影響,並難以清潔。由於鹽在水中的超低擴散率,且存在顯著的鹽積聚,會導致不必要的結垢問題,降低蒸發速率,並降低設備的可靠性,因而會增加生產過程中的複雜性和費用。
 
麻省理工學院和上海交通大學的研究人員提出鹽分積累問題的解決方法,並開發出一種無燈芯(Wick-free)的太陽能海水淡化系統,該系統比以往的太陽能海水淡化方法更高效、更便宜。該過程還可用於處理受污染的廢水或產生蒸汽進行醫療器械消毒,過程中不需要任何電源。
 
無燈芯分層系統之頂部深色材料作為吸收太陽熱量,然後在聚氨酯製成的穿孔材料層上方有一層薄薄的水,置於鹹水水箱或池塘等的頂部。穿孔洞足夠大,可使的上層較熱的水和下面冷水之間進行自然對流循環,自然地將鹽從薄層上面的吸入到下面更大的水體中被稀釋,同時也防止鹽分積累。之後將系統頂部蒸發的水收集在冷凝表面上,進而提供純淨的淡水。設備測試運行一周,沒有發現任何鹽分積累的跡象。
 
目前的淡化設備為概念驗證,未來可在幾年內可擴大到可能具有實際應用的設備上。據計算,1平方公尺面積的收集系統,應可滿足一個家庭的日常飲用水之需求,且設備所需之材料只需4美元左右。第一個應用可能是在偏遠的離網地區提供安全用水,或者在風災、地震或其他正常供水中斷後的救災與緊急使用。
 
此太陽能無燈芯海水淡化系統因其高能效、運行耐久性和低成本,具有前景與價值,將有助於低成本和被動式海水淡化系統發展,並利用各種高鹽度水源生產淡水。此研究結果發表於Nature Communications期刊上。(716字、圖1)
 
 
參考資料:
Solar-powered system offers a route to inexpensive desalination. MIT News,2022/2/14
Highly efficient and salt rejecting solar evaporation via a wick-free confined water layer. Nature Communications,2022/2/14
 
 
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