转化效率高达93%！滑铁卢大学研制出新型高效太阳能海水淡化装置

水资源短缺是当今全球面临的严峻挑战之一。据联合国《2024 年世界水发展报告》显示，全球约有 22 亿人无法获得清洁饮用水。随着人口的持续增长和全球用水量的不断攀升，这一问题日益加剧。在众多应对策略中，海水淡化技术成为沿海国家和岛屿国家解决淡水资源匮乏的关键途径。

传统的海水淡化系统主要采用膜法，即将海水泵入膜中以分离盐分。然而，这种方法存在诸多弊端，例如能耗较高，并且在运行过程中盐分容易在设备表面堆积。盐分的堆积不仅会阻碍水流，降低设备的工作效率，还会导致设备需要频繁维护，而且无法连续运行。在这样的背景下，加拿大研究人员研发出一种新型高效太阳能海水淡化装置，为解决水资源短缺问题带来了新的曙光。

一、工作原理
加拿大滑铁卢大学的研究人员从自然界的水循环中汲取灵感，设计出了这种新型的海水淡化装置。“我们的灵感来自于观察自然界如何维持自身平衡以及水在环境中蒸发和凝结的方式，” 滑铁卢大学化学工程系教授迈克尔・谭博士说道。这种对自然的深入观察和模仿，使得该装置具有独特的运行机制。例如，它类似于植物将水从根部输送到叶子的过程，这种仿生学的设计理念为海水淡化技术带来了全新的思路。
 

该装置采用太阳能驱动，能够将约 93% 的太阳能转化为能量，这一转化率比目前的海水淡化系统高出五倍。研究团队使用涂有导电聚合物和热响应花粉颗粒的镍泡沫制成了该装置。这种材料能够吸收整个太阳辐射光谱中的阳光，将太阳能高效地转化为热能。薄层盐水在聚合物上被加热并向上输送，这个过程类似于水在植物的毛细管中自然流动。随着水的蒸发，装置内的能量转换过程得以持续进行，从而有效地实现了海水的淡化。

在海水淡化过程中，盐分堆积是传统设备面临的一大难题。而这个新型装置能够有效防止盐分堆积。在水分蒸发过程中，剩余的盐分移动到装置的底层，就像游泳池中的反冲洗系统一样。并且，该装置还具备自动冲洗盐分的功能。

研究人员将生物聚合物聚多巴胺沉积在泡沫镍骨架上形成涂层，然后将泡沫镍部分浸泡在含有另一种生物聚合物孢粉素的溶液中，使大量孢粉素微粒附着在下半部分的泡沫镍骨架上。经过上述处理的泡沫镍能像植物那样，通过毛细作用自动抬升水分，其中具有热敏特性的孢粉素起到 “智能阀门” 的作用。在白天阳光充足、温度较高时，下层的孢粉素颗粒会调小 “阀门”，少量水分不断被输送到上层并迅速蒸发冷凝；夜间温度降低，孢粉素放松 “阀门”，大量水分涌入上层，冲洗附着在泡沫镍骨架上的盐分，两小时就能冲洗干净。这种盐分管理机制确保了系统能够连续运行，避免了因盐分沉积导致的效率降低和设备损坏。
 

二、性能优势

该装置每平方米可以生产约 20 升淡水，这一产量与世界卫生组织建议的每人每天基本饮用和卫生所需的淡水量相同。这样的生产效率在海水淡化领域具有显著的优势，能够满足一定范围内的淡水需求。

该装置的核心部件是泡沫镍，即含有大量泡沫气孔的金属镍，其表面积非常大，透气性高，而且很轻。这种特性使得装置具有较好的便携性。研究人员表示，该装置高效且便携，非常适合淡水资源匮乏的偏远地区。在那些交通不便、基础设施薄弱的地方，传统的大型海水淡化设备难以部署，而这种便携式的装置能够为当地居民提供一种可行的淡水获取方式。

完全依靠太阳能驱动是该装置的又一重要优势。在全球倡导可持续发展的今天，太阳能作为一种清洁能源，取之不尽、用之不竭。这种以太阳能为动力的海水淡化装置，在运行过程中不会产生碳排放等环境问题，符合可持续发展的要求。而且，其自我清洁的功能使得设备不需要频繁的人工维护，进一步降低了运行成本和对人力资源的依赖。

三、发展前景

目前，该装置已经在实验室取得了成功，相关论文已发表在英国《自然・通讯》杂志上。然而，要实现大规模的应用，还需要进一步的研究和试验。滑铁卢大学的研究人员计划建造一个可以在海上部署的原型装置，以更大规模地测试该技术。这一计划如果能够顺利实施，将有助于验证该装置在实际海洋环境中的稳定性、可靠性和生产效率等关键指标。一旦通过大规模试验，这种高效太阳能海水淡化装置有望在全球范围内得到推广应用，为缓解全球水资源短缺问题做出重要贡献。

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来源：贤集网
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