利用太陽能實(shí)現(xiàn)海水淡化及鹽差發(fā)電技術(shù)研究

【背景介紹】

海洋蘊(yùn)含的資源種類豐富、總量巨大，基于海洋的藍(lán)色能源利用將可能緩解人類生存所需的淡水和能源需求。綜合利用太陽能同時(shí)實(shí)現(xiàn)海水淡化及電能獲取是一項(xiàng)具有重要前景的技術(shù)，但也極具挑戰(zhàn)性。

【成果簡介】

近日，華中科技大學(xué)周軍教授（通訊作者）等人提出一種多效利用太陽能同時(shí)進(jìn)行海水淡化和鹽差發(fā)電的新思路：基于太陽能光熱效應(yīng)加熱表面海水，使得海水快速蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)海水淡化；同時(shí)由于水分的快速蒸發(fā)導(dǎo)致表面海水鹽濃度升高，與深層海水之間產(chǎn)生較高的局域濃度差，由此可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)鹽差發(fā)電。他們證實(shí)，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光照射下，這部分鹽差能理論可達(dá)12.5 W m?2。在此基礎(chǔ)上，他們設(shè)計(jì)了基于碳納米管（CNT）改性濾紙和商用Nafion膜的海水淡化和鹽差發(fā)電復(fù)合系統(tǒng)，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光下獲得了~75％的海水淡化光熱轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)實(shí)時(shí)輸出～1 W m?2的電能。該研究還展示了該系統(tǒng)在自然光照射下同時(shí)進(jìn)行太陽能海水淡化和鹽差發(fā)電的潛力，為藍(lán)色能源的有效利用提供了新的策略。相關(guān)成果以題為“Solar-driven simultaneous steam production and electricity generation from salinity ”發(fā)表在了Energy & Environmental Science上。該論文的第一作者是楊培華和劉抗。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 太陽能海水淡化和鹽差發(fā)電系統(tǒng)示意圖

（a）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

（b）鹽差發(fā)電原理

（c）系統(tǒng)實(shí)物圖

圖2 系統(tǒng)光熱轉(zhuǎn)換特性

（a）器件表面CNT濾紙?jiān)诓煌庹諒?qiáng)度下的紅外輻射（IR）熱像圖

（b）在不同光強(qiáng)照射下水蒸發(fā)速率

（c）不同光照強(qiáng)度下的水蒸發(fā)速率和太陽能光熱轉(zhuǎn)換效率

圖3 系統(tǒng)鹽差發(fā)電性能

（a）太陽照射3小時(shí)后CNT濾紙中的NaCl濃度

（b）不同光照強(qiáng)度下器件的開路電壓

（c）不同光照強(qiáng)度下器件的電流-電壓曲線

（d）一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光照射下的耐久性試驗(yàn)