MIT工程师及其合作伙伴研制了一款太阳能设备，成功避免了其他设计中的盐堵塞问题。
MIT与中国的研究者计划使用一个纯被动的、受大海启发的太阳能设备，将海水转化为饮用水。
他们在9月27日于Joule杂志发表的论文中描述了这一新型太阳能脱盐系统的设计，该系统吸收盐水并通过太阳光进行加热。
该设备的设计使得水能够以漩涡的形式循环，这与海洋中大型的“热盐”循环相似。这种循环与太阳的热量相结合，使水蒸发，留下盐分。蒸发后的水蒸气可以冷凝为纯净的饮用水。而剩余的盐则继续在系统中循环，而不是堆积导致堵塞。
增强的效率和性能
该新系统在水产量和盐排放率上均超过了目前正在测试的所有其他被动太阳能脱盐技术。
研究者估计，如果这一系统放大到小皮箱的大小，每小时可产生4到6升饮用水，而且能持续数年不需要更换零件。以此规模和效率，其生产的饮用水成本甚至可能低于普通自来水。
MIT的设备研究实验室的研究科学家Lenan Zhang表示：“这是首次通过太阳光生产的水成本可能低于自来水。”
该团队设想，经过扩展的设备可以无需外部能源地为一个小家庭提供足够的日常饮用水。此系统还可为那些容易获取海水的离网沿海社区供应饮用水。
张的研究团队还包括MIT研究生Yang Zhong、工程学教授Evelyn Wang，以及上海交通大学的Jintong Gao, Jinfang You, Zhanyu Ye, Ruzhu Wang和Zhenyuan Xu。
设计的演变
该团队的这一新系统是在他们之前的设计基础上进一步优化的：一个由多个层次组成的系统，每个层次都包含一个蒸发器和一个冷凝器，这些设备利用太阳的热量被动地从海水中分离盐分。这个设计在MIT的一个楼顶得到了测试，能够高效地将太阳能转化为蒸发水，然后再将其冷凝为可饮用的水。但是，盐分很快就积累并形成结晶，导致系统在短短几天内就被堵塞。在实际应用中，用户需要经常更换部件，这将显著增加系统的总体成本。
他们在后续研究中设计了一个新的解决方案，这一设计采用了与之前相似的多层结构，但新增了一个功能，即帮助循环进水和剩余的盐分。尽管这种设计阻止了盐在设备上的积累，但其脱盐效率相对较低。
在最新的设计中，团队认为他们找到了既能高效生产饮用水，又能有效排放盐分的解决方案。他们的新设计结合了两种先前的技术：一个多层的蒸发器和冷凝器系统，同时还配置了增强水及盐，在每个阶段的循环的设计。
Xu表示：“我们现在引入了一个更强大的对流，类似于我们通常在海洋中看到的，尺度达到数千米。”
该团队新系统中产生的微小循环类似于海洋中的“热盐”对流：一种基于海水温差（“热”）和盐度（“盐”）差异驱动全球水流动的现象。
Zhang解释道：“当海水暴露在空气中时，太阳光驱动水蒸发。一旦水离开了表面，盐就会留下。而盐分浓度越高，液体就越稠密，这些更重的水就会向下流动。通过在小箱子里模仿这一数千米的现象，我们可以利用这一特性来排除盐分。”
系统力学
关于系统的机械工作，该团队的新设计核心是一个单一阶段，形似一个薄盒子，顶部覆盖有高效吸收太阳热量的黑色材料。在内部，盒子被分为上下两部分。水可以流经上半部分，在那里，顶部的蒸发层利用太阳的热量加热并蒸发与其直接接触的水分。然后，水蒸气被引导到盒子的下半部分，在那里一个冷凝层通过空气冷却蒸气变成无盐的、可饮用的液体。研究者将整个盒子倾斜地放在一个更大的空容器中，然后通过从盒子的上半部分到容器底部的一个管道，并将这个容器漂浮在盐水中。
在这个配置下，水可以自然地通过管道上升进入盒子，其中，盒子的倾斜和太阳的热能使得水在流经时产生旋转。这些小的漩涡有助于将水带入上层蒸发层的接触，同时保持盐分的循环，而不是沉淀并造成堵塞。
该团队构建了几个原型，包括一个、三个和十个阶段，并在各种盐度的水中测试了它们的性能，包括自然海水和盐度是海水七倍的水。
通过这些测试，研究者计算出，如果每个阶段扩展到一平方米，它将每小时产生高达5升的饮用水，而且系统在几年内可以在不积累盐分的情况下脱盐。考虑到这个扩展的使用寿命，以及系统完全被动、不需要电力运行的事实，团队估计运行系统的总成本将低于在美国生产自来水的成本。
Zhong表示：“我们展示了这个设备能够实现长时间使用。这意味着，这是首次由太阳光产生的饮用水的成本可能低于自来水。这为太阳能脱盐技术解决现实世界的问题提供了可能。”
德克萨斯大学奥斯汀分校的Guihua Yu认为：“这是一种非常创新的方法，有效地解决了脱盐领域的主要挑战。特别是对于那些面临高盐度水问题的地区，这种设计显得尤为有益。其模块化的特点使其非常适合家用，可以根据个人需求进行扩展和调整。”
这些研究信息表明，MIT及其合作伙伴研制的这款设备不仅在实验室环境中取得了成功，还具有在真实世界中产生广泛影响的潜力，特别是对于那些缺乏淡水资源的社区。太阳能脱盐技术有望为全球带来深远的影响，为解决淡水短缺问题提供了一种新的、有效的解决方案。
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