太陽能板的設備結構(圖:Nature Communications)

沙烏地阿拉伯阿布都拉國王科技大學(King Abdullah University of Science and Technology)近日發表一項研究,研究人員開發出一種可以同時發電和淨水的太陽能裝置裝置,這項發明可以一舉解決能源和水資源短缺的問題。

助益甚廣

研究人員表示,該設備不僅可提供綠色能源,也提供現有淨水技術的替代方案。現有的淨水技術通常會消耗大量電力,並且需要基礎設施,不過缺乏基本安全飲用水的社區通常也缺乏所需要的基礎設施,這種情況估計影響了全世界超過 7.8 億人。

該研究的通訊作者王鵬教授(Peng Wang)表示:「這些人每天花費兩百萬小時從遙遠的地方取水。」

由於太陽能發電廠通常位於乾旱地區,這種設備可以在最需要的地方提供乾淨的水。更重要的是,該團隊表示它可以應用於家戶或者工業規模。

王教授表示:「每天能連續生產大量淡水意味著很多具有挑戰性的任務將可以輕易實現。產出的水可用於清洗太陽能板上的灰塵或灌溉農作物,使沙漠農業成為可能。」

創新之處

此設備的頂層是商用太陽能電池,在其下方有數層供鹽水或受污染的水通過的淨水層。來自太陽能電池的廢熱使其下方的鹽水蒸發,通過膜後凝結產生潔淨的水,在凝結過程中釋放熱量,使下一層的鹽水變暖蒸發,過程再重複到下一層,淨化後的水流出裝置並被收集。

該團隊的裝置可用於淨化鹽水和受重金屬污染的海水,所收集的水中鉛、銅、鈉、鈣和鎂的含量均符合世界衛生組織的飲用水水質標準。

研究團隊指出該設備在晴朗的日照下,太陽能電池的效率約為 11%,這個數字與附加蒸餾設計的太陽能電池預期表現相當,同時也比其他相似設備的工作效率要高。該設備還能以高於傳統太陽能蒸餾器的速度從海水生產潔淨水。

王教授表示,傳統上通常是加熱水後產生蒸氣來發電,然後用於轉動渦輪機,該裝置將水和電之間的傳統聯繫徹底改變。雖然團隊仍在努力擴大設備規模並降低成本,但他們仍持樂觀態度。王教授表示:「我們希望我們迅速採取行動,將這項技術推向大規模應用。」

參考資料:

  1. Davis, N. (2019, July 09). Device could bring both solar power and clean water to millions. Retrieved July 18, 2019.
  2. Wang, W., Shi, Y., Zhang, C., Hong, S., Shi, L., Chang, J., . . . Wang, P. (2019). Simultaneous production of fresh water and electricity via multistage solar photovoltaic membrane distillation. Nature Communications,10(1). doi:10.1038/s41467-019-10817-6
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