據統計，全球現階段依賴(lài)脫鹽海水滿(mǎn)足日常生活需求的人數超過(guò)3億人。毫無(wú)疑問(wèn)，海水淡化技術(shù)的發(fā)展在緩解部分地區的水資源匱乏問(wèn)題上助力不少，但不得不承認的事實(shí)是，淡化海水這一過(guò)程目前仍比較昂貴而且耗能很高。那么，有沒(méi)有一種辦法讓海水淡化過(guò)程不耗能并且還能生產(chǎn)能量呢？近日，一個(gè)新加坡研究團隊設計了一種太陽(yáng)能供電的海水淡化反應器原型，能夠將海水同時(shí)轉化為淡水和氫燃料。
光熱催化海水淡化原理
事實(shí)上，與直接從當地供水系統獲取飲用水相比，海水脫鹽生成淡水的過(guò)程所消耗的能量比前者高達10倍以上。但對于水源匱乏的地區而言，海水淡化已成為一個(gè)難以避免的選擇。當前淡化海水的方法，無(wú)非是在真空環(huán)境中加熱海水，使之蒸發(fā)，從而通過(guò)蒸餾法提取淡水；或者運用反滲透法，即驅動(dòng)加壓海水通過(guò)離子封閉膜。“如果我們盡可能降低淡化海水過(guò)程中消耗的能量，那么在地球水源中占97%的海水就能為我們提供幾乎無(wú)限的純凈用水。”研究人員表示。
日前，來(lái)自新加坡國立大學(xué)的GhimWeiHo及其研究團隊宣布，他們已經(jīng)成功研制出一種能夠顛覆常規脫鹽過(guò)程中高能耗現實(shí)的新型材料——納米復合材料，納米銀粒子懸浮在二氧化硅粒子中，外面覆一層二氧化鈦。研究團隊表示，這一形態(tài)是在充分考慮各個(gè)成分的特性后，精心設計而成，目的是為了更好發(fā)揮各個(gè)成分間的協(xié)同效應。
據了解，外層的二氧化鈦殼是一種光催化劑，通過(guò)吸收較高能量的UV光子來(lái)分離水分子，同時(shí)并產(chǎn)生氫氣和氧氣。而較低能量的光子將不會(huì )被二氧化鈦外殼吸收，而是直接進(jìn)入內部被納米銀粒子吸收。在這一過(guò)程中將發(fā)生光熱效應，伴有熱量產(chǎn)生，進(jìn)而能夠生產(chǎn)蒸汽并驅動(dòng)汽輪機運轉，增加表面的產(chǎn)氫速率。事實(shí)上，納米顆粒充當了成核點(diǎn)，所以蒸汽在遠低于常規沸點(diǎn)情況下就能產(chǎn)生。
GhimWeiHo說(shuō)，“這項工程在一定意義上定義了等離子光熱技術(shù)的前沿，因為除了我們外，尚無(wú)人涉足這一領(lǐng)域，我相信，這會(huì )為其他領(lǐng)域帶來(lái)不小的影響。”基于上述原理，日前該團隊已建成一個(gè)太陽(yáng)能反應器原型，只要向這種新材料構成的系統中注入海水，系統將壓縮蒸汽產(chǎn)生干凈的淡水，同時(shí)收集氫氣。
美國休斯敦大學(xué)光電能量轉換學(xué)專(zhuān)家ZhifengRen對這一全新解決方案興趣十足，“我認為這一方案的效率未必能比靠光伏供電的電解水方案更高。然而，這一全新方案還有很大的提升空間，如果實(shí)際效果不盡如人意，那么其最終的改進(jìn)方向很可能是將光伏和光熱系統結合起來(lái)。”
最后，小編就想問(wèn)一句：新加坡你辣么厲害，水價(jià)能便宜點(diǎn)兒不？
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