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Research | 哈工大任南琪院士贺诗欣教授团队:可持续海水淡化和能源管理的机制、战略和前进方向

2024-02-07   科技导报   阅读量:288

    来源:“Research科学研究”微信公众号

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    哈工大任南琪院士团队贺诗欣教授课题组基于全球水资源短缺的背景,全面分析了太阳能驱动的海水淡化系统在抗盐和能源管理方面的情况,总结了利用先进制造技术提高海水淡化系统性能和防盐能力的机制和策略,并提出了基于人工智能多系统耦合的概念来提高海水淡化系统的能源管理效率。相关研究以“Sustainable Seawater Desalination and Energy Management: Mechanisms, Strategies, and the Way Forward” 为题发表在Research上。

    Citation:Wang M, Wei Y, Li R, Wang X, Wang C, Ren N, Ho SH. Sustainable Seawater Desalination and Energy Management: Mechanisms, Strategies, and the Way Forward. Research 2023;6:Article 0290.https://doi.org/10.34133/ research.0290

研究背景

    水资源短缺在很大程度上威胁着人类的生存和社会发展。确保人人都能获得安全、可靠的饮用水是一项全球性挑战,在联合国全球发展优先事项框架(SDG 6.118)中被正式列为到2030年的一项国际发展优先事项。对饮用水日益增长的需求被认为是全球海水淡化市场的主要驱动力,因此,如何有效地将海水转化为淡水是推动人类社会可持续发展的重要课题。太阳能驱动的海水淡化系统因其成本效益、环境友好和可持续性被推荐为海水净化和废水处理的最佳选择。然而,基于界面蒸发效应的海水淡化系统在长期运行过程中通常会遇到盐沉积和能源管理不善等问题,因此需要全面分析太阳能海水淡化装置在抗盐沉积和能源管理方面的运行情况,找出关键的知识差距,以及提出新的多系统耦合概念来提高海水淡化系统的运行效率。

研究进展

    基于先进制造技术制备的太阳能海水淡化系统因其高光热转换效率、高结构可调性和出色的抗盐能力具有较强竞争力。通过3D打印、仿生技术以及微流控技术构建的太阳能界面海水淡化系统具有可控形态的膜或组件,从而拥有优良的水通道结构、润湿性转换界面及局部盐沉淀结构,在提高蒸发效率的同时有效避免盐积累对系统的损害。石墨烯、碳纳米管、等离子体金属和半导体等新型光热纳米材料很容易应用于当前的先进制造技术,从而提高蒸发器的能量密度。基于此的海水淡化系统效率高、结构独特可控,可与相变储能、盐差能、潮汐能和纳米发电机等能量转换装置耦合,在储能、热循环和能源多级利用方面具有很好的交叉性。同时,新出现的机器学习算法也被作为预测海水淡化系统性能和生产率的有力工具,以优化系统长期运行的能源利用效率。对以上方面的分析有助于充分释放太阳能海水淡化系统的潜力,为解决当前的水危机提供一条可持续的途径。