中国科研团队研发出一种新型光热海水淡化技术,使制水成本有望低于瓶装水,并在户外测试中实现了一年稳定运行且无需外部电力。
该研究由中国科学院过程工程研究所与深圳大学联合完成,成果发表于《先进材料/Advanced Materials》。团队通过将纳米颗粒“编织”进三维光热蒸发结构,显著提升了太阳能转化效率:太阳能吸收率最高可达90.2%,并将海水蒸发所需能耗降低约45.7%。
在原型装置测试中,该系统仅依靠自然阳光即可持续运行,不依赖电网供电,不仅成功完成海水淡化,还在5平方米农田中完成了一个完整作物生长周期的灌溉,支持菠菜、玉米和小白菜生长。装置日均产水超过20升,达到约10人基本饮水需求,并符合世界卫生组织饮用水标准。
传统海水淡化主要依赖高能耗的反渗透技术,需要大量电力与基础设施投入。而太阳能蒸发虽然被视为绿色替代方案,但长期存在材料易团聚、结构不稳定等技术难题。
对此,研究团队借鉴“纽扣与缝线”的结构思路,将纳米颗粒设计为“节点”,用聚合物链作为“线”进行连接,构建出稳定的三维“纳米森林”。该结构不仅有效防止颗粒团聚,还能增强光的多次反射与吸收,从而提升效率与稳定性。在模拟海洋环境的长期测试中,该材料表现出极高耐久性。
研究团队表示,按两年运行周期估算,该技术制水成本有望低于瓶装水,且在规模化应用后经济优势将进一步扩大。未来,该系统有望用于缺水的沿海地区、岛屿及偏远地区的供水与农业灌溉。