麻省理工学院和中国的工程师正在合作开发一种开创性的太阳能海水淡化装置，其灵感来自海洋过程。该装置利用海水淡化将海水转化为饮用水。该系统体积小，每小时可生产 4 至 6 升饮用水。令人惊讶的是，它的性能比自来水更好，而且更便宜，研究人员认为这种方法对传统水源有限的沿海地区有益。
根据该研究团队发表的一篇论文，这种被动式装置利用自然阳光加热海水。该装置的结构使水能够像海洋中的温盐环流一样在涡流中循环。这种循环加上太阳的热量，使水蒸发，留下盐分。蒸发的水可以冷凝并收集起来，得到纯净的饮用水。同时，剩余的盐分在装置内外循环流动，防止盐分积聚和系统堵塞。
与其他正在测试的被动式太阳能海水淡化方案相比，这套新型系统产水量更高，脱盐效果也更显著。当其尺寸缩小到小型手提箱大小时，每小时可生产约4至6升饮用水，且无需更换部件即可持续运行数年。以这样的尺寸和性能，该系统生产饮用水的成本甚至低于自来水。
麻省理工学院器件研究实验室的研究科学家张乐南表示：“利用阳光制取的水，其价格首次有可能比自来水还要便宜。”
张与麻省理工学院研究生杨忠、福特工程学教授王伊芙琳以及中国上海交通大学的几位研究人员合作。
该团队希望研发一款更大容量的装置，能够为小型家庭提供饮用水。这款装置还可以用于缺乏传统供水系统的沿海社区。
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强化对流过程
这并不是他们第一次尝试开发用于此目的的海水淡化装置。
设备 #1
研究团队改进了之前的设计，开发出一套新系统。他们在麻省理工学院一栋建筑的屋顶上测试了这套系统，结果表明它能高效地将太阳能转化为饮用水。然而，几天后，该系统会因盐分残留而堵塞。
下一个系统由多个称为“级”的层组成，每个级都包含蒸发器和冷凝器。这些级利用太阳能将盐从水中分离出来。在实际应用中，用户需要频繁更换这些级，这将增加系统的成本。
设备 #2
在后续设计中，他们采用了类似的分层结构。新增的一项功能可以增强进水的循环，确保彻底去除残留的盐分。这种设计可以防止盐分在设备上沉淀和积聚，但脱盐速度较慢。
设备 #3
最新版本的设计堪称终极成就。该团队成功开发出一种系统，它不仅能快速产生大量水，而且还具有出色的除盐能力。这意味着该系统不仅高效而且值得信赖，可确保长期持续供应清洁饮用水。
新设计融合了他们之前两个概念的优点：一个多级系统，配备蒸发器和冷凝器，可有效增强各级内的水和盐循环。新系统产生类似于海洋温盐对流的小规模循环。这种非凡的现象推动着全球水的运动，其驱动力来自海水温度（“温盐”）和盐度（“盐度”）的变化。
张乐南解释说：“海水暴露在空气中时，阳光会促使水分蒸发。水分离开水面后，盐分就会残留下来。盐浓度越高，液体密度越大，这种较重的水会向下流动。通过在一个小盒子里模拟这种绵延数公里的现象，我们可以利用这一特性来去除盐分。”
流程
研究人员将整个盒子倾斜地放置在一个更大的容器内。然后他们将一根管子从盒子的上部一直连接到容器的底部，最后将容器漂浮在盐水中。
该设计的核心是一个线条流畅、纤细的盒状结构，采用深色材料，能够有效地吸收太阳辐射热。它分为上下两部分。
- 此 上半部分 该结构的天花板上有一层特殊设计的蒸发层，利用太阳能加热和蒸发接触的水。
- 随后，水蒸气被重新引导至箱子的下部。
- 在这里，空气冷却层将蒸汽凝结，将其转化为不含任何盐的纯净安全液体。
这种装置使水能够自然地向上流经管道进入箱体。箱体的倾斜角度和太阳的热能相结合，不仅促使水在流经时产生漩涡，还能确保微小的涡流持续地使盐分循环流动，而不是沉淀造成堵塞。
此外，这些旋转运动有助于水与上部蒸发层接触，从而优化整个过程。
该团队创建了不同的原型：
- 一个舞台
- 另一个分为三个阶段
- 接下来有 10 个阶段
他们在不同盐度的水中测试了这些原型，包括天然海水和盐度七倍的水。
根据这些测试，研究人员确定，将每个阶段的规模扩大到一平方米，每小时就能生产出令人瞩目的5升饮用水。更令人惊叹的是，该系统设计用于在多年内不产生任何盐分积累的情况下淡化海水。
除了使用寿命长之外，该系统完全无需电力即可运行，因此成本效益极高。事实上，运行该系统的预估成本甚至比美国自来水的生产成本还要低。
杨忠表示：“我们证明，这种装置能够实现长寿命运行。这意味着，太阳能制取的饮用水首次有可能比自来水更便宜。这为太阳能海水淡化解决现实世界的问题开辟了可能性。”
这项将海水淡化为饮用水的研究由上海交通大学进行，并获得了国家自然科学基金的资助。
