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海水变为饮用水,阳光或许是关键

日期:SEP 17, 2018

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世界卫生组织预测到2025年世界上有一半人口将生活在水资源匮乏的环境中,一种被称为纳米光子太阳能膜蒸馏的方法,可以用在任何有太阳光的地方,使它有可能成为世界贫困的乡村地区水处理系统的突破。

世界的三分之二是水,但是仅有一小部分可用于生活。目前,已经有九分之一的人口不能获取到干净用水,世界卫生组织预测到2025年世界上有一半人口将生活在水资源匮乏的环境中。海水淡化,即将海水中的盐和其它矿物质去除,可能是解决这一问题的关键创新,但是只有将它变成一种可持续的,价格合理的技术,才能被真正的应用。一些科学家认为他们比之前任何人都更加接近实现这一目标,并且利用太阳能有可能最终实现将世界浩瀚的海水转变为取之不尽的饮用水。

根据耶鲁大学一位名为Akshay Deshmukh,从事海水淡化的研究员所说,黄金标准的海水淡化由反渗透提供能量,其中,压力梯度被引入使水流动通过半透膜,它能够捕获盐,最终将海水变为淡水。它是非常有效的,可惜用来引入压力的泵,建造,运输和操作非常的昂贵,特别是处理高盐分的海水。

Deshmukh 说:“因为反渗透需要用太多的电,你需要高质量的基础设施以使这些泵持续工作”。然后在发展中国家的一些离网的贫穷的村落根本无法获取这些电力来运行反渗透海水淡化。对于这些村落来说,需要一种技术以消耗外部能量为动力。废弃能源或许可行,但是如果想全年都进行海水淡化,就会想到利用可再生能源来驱动这一过程。

所以必须舍弃反渗透。Deshmukh在耶鲁大学的研究团队仅仅是众多广泛涉及纳米技术水处理(NEWT)系统的一方,一个由国家科学基金会发起的工业,学术和政府合作联营,旨在开发便宜,可持续的水处理系统,能在离网时使用,并且能够给世界上亿万人民提供干净用水。NEWT是一种被称为膜蒸馏的前端的海水淡化方法。与反渗透不同,膜蒸馏是由热量而不是由压力驱动的。盐水应被注入热量,而产生这些热量有多种渠道,可能来源于另一个工业过程,所以当水与膜接触时,会蒸发。水蒸气通过膜扩散并在冷侧凝结,而把盐留在了另一侧,热侧。

Deshmukh 说:“这些材料与透气的防水外套大体相似,汗水和水蒸气可以通过外套,因为它更热,但是雨水却不能,因为它更冷。

这种膜蒸馏技术NEWT正在追求绿色的转折,朝向咸水的膜面镀有炭黑纳米粒子,能够吸收光,并且将光能转化为热能,从而加热海水,驱动海水淡化。所以整个过程,被称为纳米光子太阳能膜蒸馏,基本上是由太阳能驱动的。它可以用在任何有太阳光的地方,使它有可能成为世界贫困的乡村地区水处理系统的突破。

美国能源部给与了NEWT 170万美元的拨款,用来对纳米光子太阳能膜蒸馏原型进行新一轮的测试。前期的试验表明这种膜能够每小时,每平方米淡化6升的海水,且用一个简单的镜片能够聚集约17.5千瓦的太阳光。即将的实验应该能够到达每小时处理近10升水。这意味这每平方米的膜能够每天提供240升的淡水。

如果这个实验进行顺利,我们也许很快能够看到纳米光子太阳能膜蒸馏结构会很快地出现在市场上,给那些因水资源而苦苦挣扎的人们带来缓解,这正是他们长期翘首以盼的事。