北理工課題組在Cell子刊《Joule》發(fā)表太陽(yáng)能海水淡化前瞻性論文
發(fā)布日期:2025-11-07 供稿:機(jī)械與車輛學(xué)院 攝影:機(jī)械與車輛學(xué)院
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近日,北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院鄭宏飛教授課題組在Cell能源領(lǐng)域旗艦子刊《Joule》(IF=35.4)上發(fā)表題為“Backward-evaporating solar distillation: From efficiency promotion to practical application”的前瞻性論文,首次對(duì)逆向蒸發(fā)太陽(yáng)能蒸餾技術(shù)進(jìn)行了單獨(dú)論述和展望,總結(jié)了該技術(shù)當(dāng)前的研究進(jìn)展和未來(lái)發(fā)展方向。北京理工大學(xué)祝子夜、鄭彥捷博士后和熊建銀研究員為共同通訊作者,北京理工大學(xué)為論文的唯一署名單位。
太陽(yáng)能熱蒸餾是一種可持續(xù)的淡水生產(chǎn)技術(shù),對(duì)緩解“雙碳”背景下的全球淡水短缺具有重要意義。近期提出的具有逆向蒸發(fā)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能熱蒸餾技術(shù)是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。此技術(shù)在多級(jí)蒸餾過(guò)程、海水鹽資源提取、光伏光熱綜合利用方面已經(jīng)展現(xiàn)出了極具吸引力的前景。但該技術(shù)尚缺乏獨(dú)立的、全面的論述,且在性能指標(biāo)提升、實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用方面的發(fā)展路徑仍不明晰。
作者將該技術(shù)命名為逆向蒸發(fā)太陽(yáng)能蒸餾技術(shù),并從能源效率、可持續(xù)運(yùn)行、集成應(yīng)用、實(shí)際生產(chǎn)、技術(shù)特征和經(jīng)濟(jì)可行性等方面對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了全面的分析和探討,指出該技術(shù)從效率提升到實(shí)際應(yīng)用等各方面仍極具潛力,并給出了具體的發(fā)展路徑和建議,將有力促進(jìn)此項(xiàng)技術(shù)在性能指標(biāo)提升、實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用落地方面的發(fā)展。
論文討論了太陽(yáng)能到水的能量轉(zhuǎn)換效率的理論極限,并確定了蒸餾過(guò)程的關(guān)鍵優(yōu)化方法。通過(guò)抑制頂部熱損失、改善傳熱傳質(zhì)和加速蒸餾過(guò)程,單級(jí)蒸餾系統(tǒng)的太陽(yáng)能-水轉(zhuǎn)換仍有改善空間,同時(shí)增加級(jí)數(shù)上限和減少級(jí)間能量損失對(duì)于最大限度地提高多級(jí)蒸餾效率至關(guān)重要。論文進(jìn)一步總結(jié)了當(dāng)前有效的抗鹽沉淀方法,揭示了鹽離子在蒸發(fā)域中移動(dòng)的潛在機(jī)制,并說(shuō)明了如何通過(guò)定制的驅(qū)動(dòng)力組合來(lái)加速或抑制鹽離子移動(dòng),以可持續(xù)地抵抗鹽沉淀。此外,還強(qiáng)調(diào)了鹽水排放和鹽水條件下能源效率之間的平衡,且需考慮鹽水排放與蒸發(fā)水域鹽濃度的耦合影響,以實(shí)現(xiàn)鹽水條件下可持續(xù)和高效的蒸餾。

圖1 太陽(yáng)能熱蒸餾技術(shù)原理與關(guān)鍵指標(biāo)

圖2 鹽水環(huán)境下的可持續(xù)逆向蒸發(fā)太陽(yáng)能蒸餾過(guò)程與性能
作者總結(jié)了逆向蒸發(fā)太陽(yáng)能蒸餾在能源-資源聯(lián)產(chǎn)中的綜合應(yīng)用范式。提出可進(jìn)一步建立太陽(yáng)能最大化利用的綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)開發(fā)針對(duì)不同場(chǎng)景的新應(yīng)用模式。除了集成應(yīng)用外,未來(lái)的研究還應(yīng)在動(dòng)態(tài)室外條件下進(jìn)一步評(píng)估和優(yōu)化產(chǎn)水性能,以實(shí)現(xiàn)高效的實(shí)際生產(chǎn)。同時(shí),還討論了大規(guī)模實(shí)施中的材料和技術(shù)挑戰(zhàn),并演示了如何擴(kuò)大當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的原型,用于家庭、農(nóng)業(yè)和工業(yè)場(chǎng)景。最后,論文將逆向蒸發(fā)太陽(yáng)能蒸餾技術(shù)與其他太陽(yáng)能熱海水淡化技術(shù)進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性評(píng)估和技術(shù)比較,并評(píng)估了將該技術(shù)部署到商業(yè)市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)可行性。提出了一種基于效率和產(chǎn)水成本的最佳級(jí)數(shù)選擇方法,以指導(dǎo)可用于實(shí)際生產(chǎn)的多級(jí)蒸餾器件設(shè)計(jì)。

圖3 逆向蒸發(fā)太陽(yáng)能蒸餾技術(shù)應(yīng)用
本工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金、北京理工大學(xué)創(chuàng)新人才科技專項(xiàng)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
原文鏈接:https://www.cell.com/joule/abstract/S2542-4351(25)00374-5
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