既然海水淡化可以飲用，那麼為什麼不去大規模開發而是使用湖泊水和淺層地下水?

海水淡化的技術目前主要包括蒸餾，反滲透等，但都還很不成熟，成本都很高（包括材料成本，能量成本，運輸成本等）。反滲透膜主要是國外技術壟斷，比如Dow，而國內的科研機構，化學化工企業在這一塊依然處於落後狀態。其次，海水並不是每個地方都有，只有海邊才存在這樣的優勢，而對於內地而言，湖泊地下水要比海水淡化的成本低太多了。

最後，分享一些科研領域海水淡化的新技術：

如何有效利用太陽能一直是人們研究的熱點。太陽能的利用方式主要可以分為光-電轉化，光熱轉化，光-化學轉化，光-生物轉化四種。說到光熱轉化，可能大家會立刻想到太陽能熱水器。雖然光熱轉化的原理很簡單，但實際上光熱轉化領域並沒有那麼狹窄，除了太陽能熱水器之外，光熱轉化還可以用於採暖製冷，海水淡化以及光熱發電等。光熱發電一般是用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換為蒸汽（光熱轉化），然後由蒸汽驅動氣輪機帶動發電機發電（熱電轉化）。今天要跟大家分享的就是利用太陽能將水轉化為水蒸汽。

本次分享的文獻標題為：Steam generation under one sun enabled by a floating structure with thermal concentration，來自MIT的Gang Chen課題組。同期，上海交通大學的尚文副研究員和鄧濤教授在Nature Energy上對這篇論文進行了評述：Steam by thermal concentration（DOI: 10.1038/NENERGY.2016.133）

1. 太陽光——低能量密度

太陽能是理想的清潔能源，而之所以遲遲無法非常有效地利用起來，其中一個非常關鍵的因素在於：太陽光能量密度很低（1000 W m-2）。對於光熱產生蒸汽而言，為了提高光熱轉化效率，一般都需要加一個聚光器將光的能量密度提高10-1000倍，而聚光器一般造價都很昂貴。如果不使用聚光器的同時，能夠高效產生水蒸汽，將極大地拓展光熱轉化的應用前景。

2. 界面太陽能蒸汽發生器——「關門打狗」式的光熱轉化技術

傳統的太陽能蒸汽發生的裝置類似於太陽能熱水器，一般用集熱器來吸收太陽能，利用集熱器的高溫來加熱大量的水。而在這個過程中會伴隨大量的熱量損失。

界面太陽能蒸汽發生器（Interfacial solar steam generation）則有效地減少了熱量流失，其基本原理如下圖所示。簡單的來說，這種浮在水面上的太陽能吸收器有兩層：上層為太陽能吸收層，負責光熱轉化；下層為隔熱層（將吸收層與大部分的水體隔開），只允許少量的水從通道中進入，從而只對界面上少量的水進行加熱產生水蒸氣。這種「關門打狗」的方式能夠最大地利用太陽能吸收層的熱量，減少能量損耗。

不過一般來說，這樣的界面太陽能蒸汽發生器仍然需要聚光器，雖然倍數要低很多。

3.用集熱器來取代聚光器——界面太陽能蒸汽發生器的又一大進步

「關門打狗」的主要目的是什麼？就是要集中熱量將少量水變成蒸汽。那為什麼需要聚光器呢？因為太陽光能量密度低，集中起來的熱量不夠。而實際上，要想提高局部的熱量，不僅僅可以使用聚光器來加大輸入的能量，還可以採用集熱器來集中能量。

當然，實際上作者還對這種界面太陽能蒸汽發生器的結構進行了其他小小的變動：1) 將黑體吸收器（blackbody adsorber）變為光譜選擇性吸收器（spectrally selective absorber）以減少輻射熱;2)在吸收器的上下加上隔熱層以儘可能減少吸收器與空氣之間的熱交換。

總而言之，對於太陽能蒸汽發生器而言，最根本的指導思想是：集中熱量做有意義的事情！

4.實驗結果

作者根據以上概念設計了器件，並對其性能進行了測試，發現在自然光下，該器件也能夠有效地產生蒸汽。這裡對於具體測試結果的分析不作過多介紹，感興趣的朋友可以點擊閱讀原文來獲取原文獻進行閱讀。這裡還是強調一個概念：科研是腦子來做的，所以想法最重要。

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