全球最乾旱地區的淡水價格可能很快將低於標準瓶裝水的成本。來自中國科學院過程工程研究所及深圳大學的聯合科研團隊推出了一款全新的太陽能海水淡化原型，其運行不需任何公共電力成本。該技術的關鍵在於一種新的三維光熱結構，專為加速太陽蒸發而設計。「新技術顯示出良好的經濟潛力。研究人員估計，經過兩年的運行，這項技術所生產的水成本將低於商業瓶裝水的價格。」研究人員表示。
新型太陽能海水淡化技術顯示出良好的經濟潛力
傳統的海水淡化通常消耗大量能源。當前主要技術——反滲透，需利用大量電網電力將海水通過微小的膜進行過濾。雖然太陽蒸發是一種更清潔的替代方案，但其存在聚集問題。最佳的熱吸收材料是超細粉末納米顆粒，放入水中後會像潮濕的麵粉一樣聚集，阻礙水蒸氣的釋放。為瞭解決這一難題，該研究團隊使用耐用的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）鏈條將中空的多殼納米球（HoMS）相互交織。依據漢森溶解參數理論，聚合物鏈與 HoMS 緊密結合，形成穩固的連接。
此外，聚合物纖維通過納米球的微小孔隙精確引導，冷卻後形成交織結構，最終形成一個結構穩定的三維「納米森林」。這一新型材料實現了 38.14 kg m-2 h-1 的蒸發速率，得益於聚合物鏈與 HoMS 的緊密結合。
有趣的是，這一蒸發速率比先前報導的標準二維膜系統高出 8.5 倍。「優越的光熱轉換和水運輸能力使得這一蒸發性能卓越。」該研究的通訊作者王丹教授表示。進一步測試表明，該材料能夠捕獲 90.2%的寬頻陽光，讓光線在三維網格內反覆彈跳和散射。此外，獨特的納米限制效應降低了將水從液體轉變為氣體所需的物理能量門檻，總體蒸發能量需求降低了 45.7%。
該團隊將材料擴展至一個 0.75 平方米的户外設備，並利用一個小型太陽能電池板驅動風扇將蒸汽推入冷凝箱。該設備是唯一參與的機器。在完全依賴自然陽光的情況下，該設備每天能產出超過 20 公升（5.33 加侖）的純飲用水，足以供應 10 人使用。該水質輕鬆達到世界衞生組織的標準。為了測試其實際應用，淡化水被引入一個實驗田。在完整的生長週期內，成功養活了健康的菠菜、玉米和中國白菜作物。
該技術的應用前景廣闊，能夠滿足乾旱地區的水資源需求
該材料會不會降解？通常情況下，太陽能材料是會的。強烈的陽光會降解聚合物，使其像夏季陽光下的塑料花園傢俱一樣開裂。為了測試耐用性，團隊將複合材料浸入海水中，並以每分鐘 450 轉的速度旋轉 30 天。令人驚訝的是，在顯微鏡下未發現任何脱落的納米顆粒。在光照下也未檢測到有害的材料老化自由基。該原型已經實現了一整年的穩定户外運行。未來在偏遠島嶼和乾旱沿海社區的應用展望將使該技術的經濟前景更加光明。
研究結果於《先進材料》期刊上發表。