MIT工程師及其合作伙伴研製了一款太陽能設備，成功避免了其他設計中的鹽堵塞問題。
MIT與中國的研究者計劃使用一個純被動的、受大海啓發的太陽能設備，將海水轉化爲飲用水。
他們在9月27日於Joule雜誌發表的論文中描述了這一新型太陽能脫鹽系統的設計，該系統吸收鹽水並通過太陽光進行加熱。
該設備的設計使得水能夠以漩渦的形式循環，這與海洋中大型的“熱鹽”循環相似。這種循環與太陽的熱量相結合，使水蒸發，留下鹽分。蒸發後的水蒸氣可以冷凝爲純淨的飲用水。而剩餘的鹽則繼續在系統中循環，而不是堆積導致堵塞。
增強的效率和性能
該新系統在水產量和鹽排放率上均超過了目前正在測試的所有其他被動太陽能脫鹽技術。
研究者估計，如果這一系統放大到小皮箱的大小，每小時可產生4到6升飲用水，而且能持續數年不需要更換零件。以此規模和效率，其生產的飲用水成本甚至可能低於普通自來水。
MIT的設備研究實驗室的研究科學家Lenan Zhang表示：“這是首次通過太陽光生產的水成本可能低於自來水。”
該團隊設想，經過擴展的設備可以無需外部能源地爲一個小家庭提供足夠的日常飲用水。此係統還可爲那些容易獲取海水的離網沿海社區供應飲用水。
張的研究團隊還包括MIT研究生Yang Zhong、工程學教授Evelyn Wang，以及上海交通大學的Jintong Gao, Jinfang You, Zhanyu Ye, Ruzhu Wang和Zhenyuan Xu。
設計的演變
該團隊的這一新系統是在他們之前的設計基礎上進一步優化的：一個由多個層次組成的系統，每個層次都包含一個蒸發器和一個冷凝器，這些設備利用太陽的熱量被動地從海水中分離鹽分。這個設計在MIT的一個樓頂得到了測試，能夠高效地將太陽能轉化爲蒸發水，然後再將其冷凝爲可飲用的水。但是，鹽分很快就積累並形成結晶，導致系統在短短几天內就被堵塞。在實際應用中，用戶需要經常更換部件，這將顯著增加系統的總體成本。
他們在後續研究中設計了一個新的解決方案，這一設計採用了與之前相似的多層結構，但新增了一個功能，即幫助循環進水和剩餘的鹽分。儘管這種設計阻止了鹽在設備上的積累，但其脫鹽效率相對較低。
在最新的設計中，團隊認爲他們找到了既能高效生產飲用水，又能有效排放鹽分的解決方案。他們的新設計結合了兩種先前的技術：一個多層的蒸發器和冷凝器系統，同時還配置了增強水及鹽，在每個階段的循環的設計。
Xu表示：“我們現在引入了一個更強大的對流，類似於我們通常在海洋中看到的，尺度達到數千米。”
該團隊新系統中產生的微小循環類似於海洋中的“熱鹽”對流：一種基於海水溫差（“熱”）和鹽度（“鹽”）差異驅動全球水流動的現象。
Zhang解釋道：“當海水暴露在空氣中時，太陽光驅動水蒸發。一旦水離開了表面，鹽就會留下。而鹽分濃度越高，液體就越稠密，這些更重的水就會向下流動。通過在小箱子裏模仿這一數千米的現象，我們可以利用這一特性來排除鹽分。”
系統力學
關於系統的機械工作，該團隊的新設計核心是一個單一階段，形似一個薄盒子，頂部覆蓋有高效吸收太陽熱量的黑色材料。在內部，盒子被分爲上下兩部分。水可以流經上半部分，在那裏，頂部的蒸發層利用太陽的熱量加熱並蒸發與其直接接觸的水分。然後，水蒸氣被引導到盒子的下半部分，在那裏一個冷凝層通過空氣冷卻蒸氣變成無鹽的、可飲用的液體。研究者將整個盒子傾斜地放在一個更大的空容器中，然後通過從盒子的上半部分到容器底部的一個管道，並將這個容器漂浮在鹽水中。
在這個配置下，水可以自然地通過管道上升進入盒子，其中，盒子的傾斜和太陽的熱能使得水在流經時產生旋轉。這些小的漩渦有助於將水帶入上層蒸發層的接觸，同時保持鹽分的循環，而不是沉澱並造成堵塞。
該團隊構建了幾個原型，包括一個、三個和十個階段，並在各種鹽度的水中測試了它們的性能，包括自然海水和鹽度是海水七倍的水。
通過這些測試，研究者計算出，如果每個階段擴展到一平方米，它將每小時產生高達5升的飲用水，而且系統在幾年內可以在不積累鹽分的情況下脫鹽。考慮到這個擴展的使用壽命，以及系統完全被動、不需要電力運行的事實，團隊估計運行系統的總成本將低於在美國生產自來水的成本。
Zhong表示：“我們展示了這個設備能夠實現長時間使用。這意味着，這是首次由太陽光產生的飲用水的成本可能低於自來水。這爲太陽能脫鹽技術解決現實世界的問題提供了可能。”
德克薩斯大學奧斯汀分校的Guihua Yu認爲：“這是一種非常創新的方法，有效地解決了脫鹽領域的主要挑戰。特別是對於那些面臨高鹽度水問題的地區，這種設計顯得尤爲有益。其模塊化的特點使其非常適合家用，可以根據個人需求進行擴展和調整。”
這些研究信息表明，MIT及其合作伙伴研製的這款設備不僅在實驗室環境中取得了成功，還具有在真實世界中產生廣泛影響的潛力，特別是對於那些缺乏淡水資源的社區。太陽能脫鹽技術有望爲全球帶來深遠的影響，爲解決淡水短缺問題提供了一種新的、有效的解決方案。
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