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新型低成本技术利用太阳能将海水淡化

2019-1-10 15:05| 发布者: admin| 查看: 257| 评论: 0

摘要: 据联合国粮农组织估计,到2025年有将近20亿人可能没有足够的饮用水,来满足他们的日常需求。解决这个问题的一个可能的方法是将海水淡化,即处理海水使其可饮用。然而,从海水中去除盐分需要的能量是传统淡水供应方式 ...

  据联合国粮农组织估计,到2025年有将近20亿人可能没有足够的饮用水,来满足他们的日常需求。解决这个问题的一个可能的方法是将海水淡化,即处理海水使其可饮用。然而,从海水中去除盐分需要的能量是传统淡水供应方式(即从河流或水井中取水)的10至1000倍。

基于这一问题,都灵理工大学能源部的一组工程师设计了一种新的海水淡化原型机,以可持续和低成本的方式淡化海水,更有效地利用太阳能。与以往的解决方案相比,该技术可以使给定太阳能的产水量翻一番,而且在不久的将来可能会进一步提高效率。最近在《自然可持续性》杂志上发表这些研究结果的年轻研究人员由Eliodoro Chiavazzo、Matteo Morciano、Francesca Viglino、Matteo Fasano和Pietro Asinari(多尺度建模实验室)组成。

这项技术的工作原理非常简单:灵感来自于植物,植物通过毛细作用和蒸腾作用将水从根部输送到叶子上,我们的漂浮装置能够使用低成本的多孔材料收集海水,从而避免使用昂贵而笨重的泵。收集到的海水被太阳能加热,从而维持盐和蒸发水的分离。Matteo Fasano和Matteo Morciano解释说,这一过程可以通过插入污染水和饮用水之间的薄膜来隔离,以避免它们的混合,这类似于一些能够在海洋环境中生存的植物(例如红树林)。

红树林可在咸水中生长

传统的海水淡化技术需要昂贵的机械或电子元件(如泵和/或控制系统),需要专门的技术人员进行安装和维护,而团队提出的海水淡化方法是基于自发过程,无需辅助机械和能量,因此被称为被动技术。所有这些都使得该设备本质上十分便宜,且易于安装和维修。后一种特点在长期缺乏饮用水的沿海地区特别具有吸引力,这些地区的基础设施和投资都很缺乏。

到目前为止,与有源技术相比,无源技术的一个众所周知的缺点是效率低。都灵理工大学(Politecnico di Torino)的研究人员在创新方面遇到了这一障碍:以往的研究集中于如何最大限度地利用太阳能,而我们已经将注意力转移到对吸收的太阳能热能进行更有效的管理上。通过这种方式,我们的生产力达到了创纪录的水平,每天每平方米产生的饮用水可达20升。性能提高的原因是在几个级联蒸发过程中太阳能热的回收。基于这一过程的技术通常被称为多效(multi-effect),这里我们提供了一个证据,证明这种策略对于被动海水淡化技术也非常有效。

在利古里亚海(意大利瓦拉兹)进行测试的太阳能蒸馏器。

经过两年多的研发和在利古里亚海(意大利瓦拉兹)的直接测试,工程师们声称,这项技术可能会在偏远的沿海地区产生影响,那里的饮用水很少,但太阳能充足,尤其是在发展中国家。此外,该技术特别适用于在紧急情况下提供安全、低成本的饮用水,例如在遭受洪水或海啸袭击的地区,使其数天或数周与电网和输水管道隔绝。这项技术的进一步应用设想是用于食品生产的浮动式花园,这是一个有趣的选择,尤其是在人口过剩的地区。

研究人员继续在都灵理工大学的净水中心研究这个问题,现在他们正在寻找可能的工业合作伙伴,使原型更加耐用、可伸缩和多用途。例如,该装置的工程版本可用于过度开采地下水导致咸水渗入淡水蓄水层的沿海地区(在意大利南部一些地区这是一个特别严重的问题),或可用于处理工业或采矿场被污染的水。

来源:每日科学 中国新能源网


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