北理工課題組在Cell子刊《Joule》發(fā)表太陽能海水淡化前瞻性論文
發(fā)布日期：2025-11-07 供稿：機械與車輛學(xué)院 攝影：機械與車輛學(xué)院
編輯：蘇舒 審核：劉檢華 閱讀次數(shù)：
近日，北京理工大學(xué)機械與車輛學(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，首次對逆向蒸發(fā)太陽能蒸餾技術(shù)進行了單獨論述和展望，總結(jié)了該技術(shù)當前的研究進展和未來發(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。
太陽能熱蒸餾是一種可持續(xù)的淡水生產(chǎn)技術(shù)，對緩解“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)的太陽能熱蒸餾技術(shù)是該領(lǐng)域的研究熱點之一。此技術(shù)在多級蒸餾過程、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)尚缺乏獨立的、全面的論述，且在性能指標提升、實際生產(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)太陽能蒸餾技術(shù)，并從能源效率、可持續(xù)運行、集成應(yīng)用、實際生產(chǎn)、技術(shù)特征和經(jīng)濟可行性等方面對該技術(shù)進行了全面的分析和探討，指出該技術(shù)從效率提升到實際應(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，將有力促進此項技術(shù)在性能指標提升、實際生產(chǎn)應(yīng)用落地方面的發(fā)展。
論文討論了太陽能到水的能量轉(zhuǎn)換效率的理論極限，并確定了蒸餾過程的關(guān)鍵優(yōu)化方法。通過抑制頂部熱損失、改善傳熱傳質(zhì)和加速蒸餾過程，單級蒸餾系統(tǒng)的太陽能-水轉(zhuǎn)換仍有改善空間，同時增加級數(shù)上限和減少級間能量損失對于最大限度地提高多級蒸餾效率至關(guān)重要。論文進一步總結(jié)了當前有效的抗鹽沉淀方法，揭示了鹽離子在蒸發(fā)域中移動的潛在機制，并說明了如何通過定制的驅(qū)動力組合來加速或抑制鹽離子移動，以可持續(xù)地抵抗鹽沉淀。此外，還強調(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，以實現(xiàn)鹽水條件下可持續(xù)和高效的蒸餾。
圖1 太陽能熱蒸餾技術(shù)原理與關(guān)鍵指標
圖2 鹽水環(huán)境下的可持續(xù)逆向蒸發(fā)太陽能蒸餾過程與性能
作者總結(jié)了逆向蒸發(fā)太陽能蒸餾在能源-資源聯(lián)產(chǎn)中的綜合應(yīng)用范式。提出可進一步建立太陽能最大化利用的綜合評價標準，同時開發(fā)針對不同場景的新應(yīng)用模式。除了集成應(yīng)用外，未來的研究還應(yīng)在動態(tài)室外條件下進一步評估和優(yōu)化產(chǎn)水性能，以實現(xiàn)高效的實際生產(chǎn)。同時，還討論了大規(guī)模實施中的材料和技術(shù)挑戰(zhàn)，并演示了如何擴大當前實驗室規(guī)模的原型，用于家庭、農(nóng)業(yè)和工業(yè)場景。最后，論文將逆向蒸發(fā)太陽能蒸餾技術(shù)與其他太陽能熱海水淡化技術(shù)進行了經(jīng)濟性評估和技術(shù)比較，并評估了將該技術(shù)部署到商業(yè)市場的經(jīng)濟可行性。提出了一種基于效率和產(chǎn)水成本的最佳級數(shù)選擇方法，以指導(dǎo)可用于實際生產(chǎn)的多級蒸餾器件設(shè)計。
圖3 逆向蒸發(fā)太陽能蒸餾技術(shù)應(yīng)用
本工作得到國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金、北京理工大學(xué)創(chuàng)新人才科技專項計劃等項目的資助。
原文鏈接：https://www.cell.com/joule/abstract/S2542-4351(25)00374-5
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