中國科學(xué)家用石墨烯實(shí)現(xiàn)太陽能高效海水淡化，轉(zhuǎn)化率80%
2016-12-01
? ? 中國研究人員21日在美國《國家科學(xué)院學(xué)報(bào)》上報(bào)告了一種高效、便攜的太陽能海水淡化技術(shù)，能以高達(dá)80%的能源轉(zhuǎn)換效率把海水轉(zhuǎn)化成高質(zhì)量的飲用水。
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? ? 負(fù)責(zé)研究的南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院教授朱嘉介紹，他們使用的是一種太陽能海水淡化利用光蒸餾原理的技術(shù)，無需其他能量即可產(chǎn)生淡水，因此為理想的海水淡化方案，但由于能量轉(zhuǎn)換效率較低，一直無法大規(guī)模應(yīng)用。
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? ? 為此，朱嘉課題組提出一種新思路，它有兩大創(chuàng)新之處：一是利用石墨烯制成可折疊而且輕便的薄膜，用來吸收太陽能蒸餾海水，大大增加了便攜性;二是讓石墨烯吸收體與海水分隔開，降低熱導(dǎo)損耗。
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? ? 此外，由于在過去絕大部分工作中，吸收體與水直接接觸，造成能量通過水本身的導(dǎo)熱而耗散掉，所以需要光學(xué)聚焦、隔熱等手段維持熱平衡。他們設(shè)計(jì)了一個(gè)特殊的二維水通道，不讓吸收體與海水直接接觸，所以不需外界輔助，就能實(shí)現(xiàn)高效轉(zhuǎn)換。
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? ? 據(jù)報(bào)道，朱嘉課題組設(shè)計(jì)的是一個(gè)由泡沫聚苯乙烯制成的圓柱形熱絕緣體，熱絕緣體外層涂以織維素涂層構(gòu)成特殊水通道，圓柱體頂部覆蓋著石墨烯薄膜。工作時(shí)，織維素通過毛細(xì)作用從下部水池吸水，供給上方薄膜加熱成蒸汽，進(jìn)而收集淡水。
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? ? 朱嘉介紹，之前光到蒸汽的能量轉(zhuǎn)換效率在同等條件下一般為60%左右，而他們的裝置可達(dá)到80%，轉(zhuǎn)化后水質(zhì)經(jīng)初步檢驗(yàn)超過世界衛(wèi)生組織等國際通用標(biāo)準(zhǔn)。加上薄膜可折疊且輕便，制造成本較低，所以“應(yīng)用范圍大大提高”。當(dāng)然，這個(gè)裝置長期工作的穩(wěn)定性還需要時(shí)間以及在不同應(yīng)用場景下進(jìn)行檢驗(yàn)。
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? ? 水資源短缺一直是世界各國都關(guān)注的焦點(diǎn)問題，而我國雖然幅員遼闊，卻是世界上水資源最缺乏的國家之一，人均占有量少，水患問題也多。
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? ? 據(jù)公開資料顯示，我國的年水資源總量為2.8萬多億噸，居世界第六位，人均水量不足2400m3，僅為世界人均水量的1/4，世界排名第110位，被聯(lián)合國列為13個(gè)貧水國家之一。同時(shí)，我國水域普遍受到了不同程度的污染，降低了水資源利用的功能。全國600多個(gè)城市中，有400多個(gè)城市供水不足，100多個(gè)城市嚴(yán)重缺水，每年缺水量達(dá)60多億m3。
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? ? 朱嘉說，他們的這項(xiàng)技術(shù)或許可以為這項(xiàng)世界難題補(bǔ)充一個(gè)不同的方法和思路。面對水資源短缺的例如沙漠、海島之類的特殊地點(diǎn)，貧困欠發(fā)達(dá)地區(qū)或遭受自然災(zāi)害的地方，綠色、便攜、高效的水處理技術(shù)正是這類地區(qū)所急需的。
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? ? 海水淡化技術(shù)尚未達(dá)到領(lǐng)先水平
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? ? 目前，我國的海水淡化技術(shù)仍與其他國家有較大差距，而且主要用于工業(yè)。據(jù)興業(yè)證券研究報(bào)告顯示，我國國內(nèi)噸水成本較高，從成本結(jié)構(gòu)來看，能源成本占到噸水成本的四成到五成。國內(nèi)海水淡化噸水平均成本達(dá)到5~8元，明顯高于海外先進(jìn)項(xiàng)目(以色列)的3~4元。
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? ? 當(dāng)下，走在海水淡化技術(shù)前列的國家當(dāng)屬以色列。盡管以色列本身的淡水資源十分缺乏，但是靠著世界領(lǐng)先的海水淡化技術(shù)，不僅滿足了本國需要，還能向其他國家出口淡水。其中，位于以色列南部的IDE技術(shù)公司發(fā)明的反滲透法淡化海水技術(shù)最為有名，IDE公司憑借這項(xiàng)技術(shù)甚至被財(cái)富雜志評為2016年改變世界的企業(yè)第2名。
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? ? 解決難題：政策發(fā)力 企業(yè)并購
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? ? 為了彌補(bǔ)我國國內(nèi)水資源短缺問題，國務(wù)院在2012年就發(fā)布了《關(guān)于加快發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)的意見》，然而實(shí)際情況卻不盡如人意。
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? ? 據(jù)中國水網(wǎng)報(bào)道，2012至2015年，全國海水淡化工程規(guī)模復(fù)合年增長率僅為8.3%。發(fā)展意見中的一系列量化目標(biāo)：包括到2015年，海水淡化能力達(dá)到220萬-260萬噸/日，對海島新增供水量的貢獻(xiàn)率達(dá)50%以上，對沿海缺水地區(qū)新增工業(yè)供水量貢獻(xiàn)率達(dá)15%以上，海水淡化原材料、裝備制造自主創(chuàng)新率達(dá)70%以上等等，都沒有實(shí)現(xiàn)。
? ? 今年，海水淡化議題再起，出現(xiàn)多起國內(nèi)企業(yè)主導(dǎo)并購海水淡化公司案例。
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? ? 先是巴安水務(wù)宣布將收購瑞士水務(wù)股權(quán)，以獲得源自國際巨頭IDE公司的海水淡化核心技術(shù)。而后，天壕環(huán)境全資收購了擁有5個(gè)海水淡化項(xiàng)目，以及十多項(xiàng)脫鹽技術(shù)的賽諾水務(wù)。8月初，巴安水務(wù)宣布將再次出手，以96.7萬歐元收購德國上市公司ItN的64%股權(quán)，ItN的核心產(chǎn)品陶瓷平板膜可以用于海水淡化反滲透工藝的前端處理。而在8月中旬還傳出，中國交通建設(shè)股份有限公司正在參與全球海水淡化巨頭IDE 技術(shù)公司的競價(jià)收購，他們的非約束性報(bào)價(jià)高達(dá)43億元人民幣。
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? ? 在國內(nèi)技術(shù)沒有進(jìn)一步突破的前提下，并購其他海水淡化技術(shù)較為先進(jìn)企業(yè)也不失為一個(gè)辦法，但是，始終要自己掌握核心技術(shù)才有底氣。朱嘉也表示，目前還需要提高太陽能海水淡化的效率，同時(shí)降低成本，才能提高適用范圍。
