據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球現(xiàn)階段依賴脫鹽海水滿足日常生活需求的人數(shù)超過3億人。毫無疑問，海水淡化技術(shù)的發(fā)展在緩解部分地區(qū)的水資源匱乏問題上助力不少，但不得不承認(rèn)的事實(shí)是，淡化海水這一過程目前仍比較昂貴而且耗能很高。那么，有沒有一種辦法讓海水淡化過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(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種太陽能供電的海水淡化反應(yīng)器原型，能夠?qū)⒑Ｋ瑫r(shí)轉(zhuǎn)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(dāng)?shù)毓┧到y(tǒng)獲取飲用水相比，海水脫鹽生成淡水的過程所消耗的能量比前者高達(dá)10倍以上。但對于水源匱乏的地區(qū)而言，海水淡化已成為一個(gè)難以避免的選擇。當(dāng)前淡化海水的方法，無非是在真空環(huán)境中加熱海水，使之蒸發(fā)，從而通過蒸餾法提取淡水；或者運(yùn)用反滲透法，即驅(qū)動(dòng)加壓海水通過離子封閉膜。“如果我們盡可能降低淡化海水過程中消耗的能量，那么在地球水源中占97%的海水就能為我們提供幾乎無限的純凈用水。”研究人員表示。
日前，來自新加坡國立大學(xué)的GhimWeiHo及其研究團(tuán)隊(duì)宣布，他們已經(jīng)成功研制出一種能夠顛覆常規(guī)脫鹽過程中高能耗現(xiàn)實(shí)的新型材料——納米復(fù)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(tuán)隊(duì)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(shè)計(jì)而成，目的是為了更好發(fā)揮各個(gè)成分間的協(xié)同效應(yīng)。
據(jù)了解，外層的二氧化鈦殼是一種光催化劑，通過吸收較高能量的UV光子來分離水分子，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(nèi)部被納米銀粒子吸收。在這一過程中將發(fā)生光熱效應(yīng)，伴有熱量產(chǎn)生，進(jìn)而能夠生產(chǎn)蒸汽并驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，增加表面的產(chǎn)氫速率。事實(shí)上，納米顆粒充當(dāng)了成核點(diǎn)，所以蒸汽在遠(yuǎn)低于常規(guī)沸點(diǎn)情況下就能產(chǎn)生。
GhimWeiHo說，“這項(xiàng)工程在一定意義上定義了等離子光熱技術(shù)的前沿，因?yàn)槌宋覀兺?，尚無人涉足這一領(lǐng)域，我相信，這會(huì)為其他領(lǐng)域帶來不小的影響。”基于上述原理，日前該團(tuán)隊(duì)已建成一個(gè)太陽能反應(yīng)器原型，只要向這種新材料構(gòu)成的系統(tǒng)中注入海水，系統(tǒng)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(zhuǎn)換學(xué)專家ZhifengRen對這一全新解決方案興趣十足，“我認(rèn)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(tǒng)結(jié)合起來。”
最后，小編就想問一句：新加坡你辣么厲害，水價(jià)能便宜點(diǎn)兒不？
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