《自然—能源》:科学家研究出新型泡沫蒸馏器供贫困地区使用

2026年03月16日 阅读量:41

元素百科科学家们为贫困地区开发了一种新型的泡沫蒸馏器。太阳能蒸馏器可以使受污染的水或海水适合饮用。但如果你想产生涓涓细流,这种设备通常需要安装昂贵的透镜或其他设备。但现在情况已经大不相同了。研究人员报告说,他们开发了一种廉价的太阳能蒸馏器,由泡沫包装和其他简单的材料组成。

太阳能蒸馏器的发展

人类使用太阳能蒸馏器已有数千年的历史。最基本的版本是一个充满水的容器,底部有黑色(可以吸收阳光),可以增加水的蒸发。顶部的玻璃或其他透明材料可以捕获水蒸气,然后冷凝水滴入收集容器中。

为了加快上述过程,现代版的太阳能蒸馏器使用镜子或镜子收集了大约100倍的光线。但这种太阳能集光器的成本很高,通常每平方米花费约200美元,这让很多人难以忍受。

现代太阳能蒸馏器的改进过程

两年前,美国剑桥麻省理工学院(MIT)机械工程师Gang 由Chen领导的一个研究团队开发了一种由漂浮在碳泡沫上的石墨层组成的高效太阳能吸收器。由于上下两层是透明的,下面的水可以通过毛细作用到达石墨层,从而被阳光加热。该装置可以工作,但大部分能量都是在阳光下辐射的。为了使水沸腾,蒸馏器需要安装额外的装置来集中周围10倍的光,以克服红外损失。

Chen和他的同事想去掉这些附加装置。研究人员将海绵状绝缘体漂浮在水面上。在目前的实验中,他们用一层薄薄的商业太阳能热水器中使用的蓝色金属和陶瓷复合材料代替了石墨太阳能吸收器。这种材料可以有选择地吸收来自太阳的可见光和紫外线,但它不会通过红外辐射热量。研究人员在这层材料和泡沫之间放置了一片铜——这是一种极好的热导体。他们终于像以前一样在这个三明治般的东西上打满了洞。

然而,仍然有一个问题没有得到解决。复合材料吸收的大部分能量被对流冲走,热量在蒸馏器上表面上方的空气中流失。最后,克里斯蒂亚诺的16岁女儿——正在设计一个廉价的温室来参加一个科学的展览实验——想出了解决这个问题的办法。她发现一个顶部的泡沫包装可以作为一个优秀的绝缘体。

Chen和他的学生George Ni最终用泡沫包装包装了他们的太阳能蒸馏器。此外,在8月23日出版的《自然能源》中,研究人员报告说,该装置可以在不使用额外太阳能集光器的情况下沸腾和蒸馏水。Chen估计,在未来的某一天,他们将能够利用这种技术制造大面积的太阳能蒸馏器,其成本仅为传统技术的1/20。

上海交通大学材料科学家Wen Shang和Tao “这项工作无疑代表了前进的关键一步,”Deng在这篇论文的评论中写道。例如,Chen认为,这种低成本的设备将有助于在水力压裂现场附近净化污水。通常,参与工程的公司通常从废水池中蒸发水,以集中和去除污染物。廉价的太阳能海绵可以加速清洁。

如果该装置用于海水淡化或其他饮用水应用,则需要在顶部安装另一层塑料或玻璃层来收集水蒸气。Chen说,这可以通过捕获更多的热量和促进蒸发来提高系统的效率。

创建一个净化系统是一个大项目。Chen估计,20到40平方米的太阳能蒸馏器每天可以提供50升水,这是联合国提出的一个人日常生活所需的最小淡水量。

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