利用太阳能实现海水淡化及盐差发电技术研究

海洋蕴含的资源种类丰富、总量巨大，基于海洋的蓝色能源利用将可能缓解人类生存所需的淡水和能源需求。综合利用太阳能同时实现海水淡化及电能获取是一项具有重要前景的技术，但也极具挑战性。

成果简介

近日，华中科技大学周军教授（通讯作者）等人提出一种多效利用太阳能同时进行海水淡化和盐差发电的新思路：基于太阳能光热效应加热表面海水，使得海水快速蒸发实现海水淡化；同时由于水分的快速蒸发导致表面海水盐浓度升高，与深层海水之间产生较高的局域浓度差，由此可进一步实现盐差发电。他们证实，在一个标准太阳光照射下，这部分盐差能理论可达12.5 W m?2。在此基础上，他们设计了基于碳纳米管（CNT）改性滤纸和商用Nafion膜的海水淡化和盐差发电复合系统，在一个标准太阳光下获得了~75％的海水淡化光热转换效率，同时实时输出?1 W m?2的电能。该研究还展示了该系统在自然光照射下同时进行太阳能海水淡化和盐差发电的潜力，为蓝色能源的有效利用提供了新的策略。相关成果以题为“Solar-driven simultaneous steam production and electricity generation from salinity ”发表在了Energy & Environmental Science上。该论文的第一作者是杨培华和刘抗。

图文导读

图1 太阳能海水淡化和盐差发电系统示意图

（a）系统的结构

（b）盐差发电原理

（c）系统实物图

图2 系统光热转换特性

（a）器件表面CNT滤纸在不同光照强度下的红外辐射（IR）热像图

（b）在不同光强照射下水蒸发速率

（c）不同光照强度下的水蒸发速率和太阳能光热转换效率

图3 系统盐差发电性能

（a）太阳照射3小时后CNT滤纸中的NaCl浓度

（b）不同光照强度下器件的开路电压

（c）不同光照强度下器件的电流-电压曲线

（d）一个标准太阳光照射下的耐久性试验

图4 系统的能量流和效率分析

（a）系统的能量流向图

（b）太阳能能到盐差能的转换效率（E盐度/ E太阳能）和盐差能到电能的转换效率（E电/ E盐度）

图5大器件系统的实验结果

（a）器件的照片

（b）自然太阳光照下器件的红外辐射热像图

（c）器件在自然太阳光照下水蒸汽产生速率和电能输出特性

总结

在这项工作中，研究人员提出了一种利用太阳能同时进行海水淡化和盐差发电的新概念，证明了利用太阳能产生蒸汽实现海水淡化的同时，可摆脱江河入海口的限制在海面上直接产生盐差能，为在海面上直接进行海水淡化以及获取电能提供一种新思路。