科学家设计近海水蒸气捕捉装置 以从海洋空气中采集城市饮用水

科学家设计近海水蒸气捕捉装置以从海洋空气中采集城市饮用水水资源匮乏是一个持续存在的问题，随着气候变化使干旱地区变得更加干燥，这个问题预计只会越来越严重。海洋拥有地球上所有水的96%，是一个巨大的潜在水库，但由于其产生的有毒废水，海水淡化是一个棘手的前景，难以扩大规模。但是自然界已经有了一个相当有效的海水淡化系统--太阳不断地加热海洋表面，将水蒸发出来，当然，这些水会继续变成雨水。在一项新的研究中，UIUC团队设计了一种可能利用这一资源的方法。该团队建议，可以在离岸几公里的地方建立一种水蒸气收集与提取结构，从海洋表面上方捕获富含水蒸气的空气。然后，这些空气可以通过管道回到陆地，并在另一个装置中凝结。然后，这些淡水可以被用于饮用、农业或其他任何地区需要的用途。据科学家们说，整个系统可以由海上风电场和陆地上的太阳能电池板提供动力。研究人员评估了全球14个城市，包括阿布扎比、罗马、洛杉矶和巴塞罗那，分析了根据这些地方的离岸大气层可以提取多少水的可行性。这将涉及建立高100米（328英尺）、宽210米（690英尺）的水蒸气提取结构。根据他们的模型，科学家们发现这些设备每年可以产生376亿到783亿升的水，这取决于特定地点的条件。然后，研究小组根据每人每天300升水的假设用量，计算出需要多少个结构才能为每个城市的人口提供足够的水。由此可见，少则两个、多则10个单元就能为一个城市提供足够的水。该团队说，这个解决方案相当优雅，因为它基本上像自然界的水循环一样工作，区别在于水汽被引导到所需要的地方。虽然许多建议的饮用水源可能会随着气候变化的发展而变得不那么可行，但这一方案却可以做到表现稳定。该研究的共同作者AfeefaRahman说："气候预测显示，海洋水汽通量只会随着时间的推移而增加，提供更多的淡水供应。因此，我们所提出的想法在气候变化下将是可行的。这为适应气候变化提供了一个急需的有效方法，特别是对生活在世界干旱和半干旱地区的弱势人群而言。"当然，这个想法仍然是疯狂的假设，但这是一个需要考虑的重要领域，进一步的研究可以进一步探索其可行性。该研究发表在《科学报告》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1336607.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1336607.htm

探索海水淡化的未来：对界面太阳能蒸发系统的全面回顾

探索海水淡化的未来：对界面太阳能蒸发系统的全面回顾构建高效界面太阳能蒸发系统以缓解全球淡水短缺的三大战略示意图。资料来源：纳米研究能源，清华大学出版社该团队的论文研究了二维和三维太阳能蒸发器的能源关系，并回顾了设计和制造高效ISE系统的策略。他们总结的工作为指导未来ISE系统的设计走向实际应用提供了视角。ISE是一种海水淡化技术，通过一个既环保又可持续的过程生产淡水。通过这项技术，太阳能被利用来蒸发和净化水。该技术使用光热蒸发器，将来自太阳光的热量转化为蒸发表面的局部热量，以有效地产生水汽，而不是消散在散装水和环境中。传统的海水淡化技术，如膜过滤和热蒸馏需要消耗大量来自化石燃料的电力，因此它们被认为是不环保的。科学家们继续寻找使用绿色和可持续能源的新海水淡化技术。最近在ISE技术方面的工作主要集中在优化能源管理上。研究人员已经改进了光热材料和蒸发器的设计，目的是为了实现更有效的能源利用。这是通过三个途径实现的：最大限度地减少从蒸发系统到环境中的能量损失，扩大从环境中输入的能量以加强蒸发过程，以及减少蒸发焓，从而使汽化过程更有效率。该团队的评论系统地总结了这些提高实际太阳能蒸发性能的途径。"研究结论清楚地表明，通过应用具有高效光热转换的材料或具有智能能源管理策略的先进蒸发器的结构设计，可以显著提高蒸发率，"深圳科技大学的教授李玉说。南澳大利亚大学教授徐浩岚说："实现高效太阳能蒸发的主要原则包括避免能量从蒸发系统流失到环境中，扩大来自周围空气和散水的能量输入，充分利用蒸发系统中已有的能量，以及降低蒸发焓。"该团队提出了在推动下一代ISE系统走向实际应用时需要考虑的五项建议：第一个建议是为ISE引入新的能源。由于太阳光强度变化很大，探索新的能源对全天、全天候和全季节的ISE系统很重要。第二个建议是不断探索新型光热材料。研究小组建议，光热材料的下一阶段的发展需要关注在宏观和微观纳米尺度上最大限度地利用热能。第三条建议是探索光热蒸发器的创新设计。这些下一代蒸发器应最大限度地收集能量和蒸发水，同时改善水的流动，以确保供水和蒸发的平衡。第四项建议是在有限的空间内提高产水量。在ISE系统中，水的蒸发和收集是两个主要部分。尽管研究人员已经实现了非常高的太阳能蒸发率，但高效的水收集很少被报道。下一代ISE系统需要有一个优秀的水蒸发模块和一个适合紧凑空间的高效蒸汽冷凝模块。该团队的第五项建议侧重于开发大规模ISE系统的重要性，以用于实际应用，如海水淡化和废水处理。他们建议将小型蒸发器作为单元生产，并组装成一个更大的相互连接的系统。展望未来，该团队认为ISE技术有可能为解决淡水匮乏问题提供实际应用。"在当前全球清洁水短缺和倡导低碳排放技术的背景下，ISE现在被认为是解决全球清洁水短缺问题的最有希望的技术之一。然而，推进ISE技术的实际应用还有很长的路要走，"清华大学教授张盈盈说。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356911.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356911.htm

科学家设计出从海洋水蒸气中收获几乎无限淡水的新结构

科学家设计出从海洋水蒸气中收获几乎无限淡水的新结构插图显示了Kumar和他的合著者提出的在海洋表面以上捕捉水分并将其运送到陆地上进行冷凝的方法。资料来源：图片由PraveenKumar和《科学报告》提供。这项研究评估了全球14个水资源紧张的地方，以确定一个能够从海洋上方捕获水蒸气并将其冷凝成淡水的假设结构的可行性--而且这种方式在面临持续的气候变化时仍然可行。库马尔、研究生AfeefaRahman和大气科学教授FrancinaDominguez今天（12月6日）在《自然》杂志《科学报告》上发表了他们的研究结果。该研究由土木与环境工程教授兼草原研究所执行主任PraveenKumar领导。PraveenKumar教授和研究报告的共同作者AfeefaRahman。背景显示伊利诺伊州大塔附近的密西西比河的水位明显低于正常水平。图片中还可以看到美国陆军工程兵团为方便驳船运输而疏浚河流的努力。资料来源：弗雷德-兹威基的照片Kumar说："缺水是一个全球性的问题，在美国这里，关于科罗拉多河流域水位的下沉，影响到整个美国西部，也是一个近在眼前的问题。然而，在亚热带地区，如美国西部，附近的海洋正在不断地蒸发水，因为全年云量很少，有足够的太阳辐射。"以前的废水回收与海水淡化技术只遇到了有限的成功。虽然在全球一些地区部署了海水淡化厂，但由于产生的盐水和含有重金属的废水，海水淡化厂面临着可持续性问题--以至于加州最近拒绝了增加新的海水淡化厂的提议。伊利诺伊州的大气科学教授、研究报告的共同作者弗朗西娜-多明戈斯。资料来源：L.BrianStauffer"最终，我们将需要找到一种方法来增加淡水的供应，因为现有资源的保护和循环水尽管必不可少，但不足以满足人类的需求。"Kumar说："我们认为我们新提出的方法可以在大范围内做到这一点。"研究人员对放置宽度为210米、高度为100米的假想的海上结构进行了大气和经济分析。通过分析，研究人员得出结论，在海洋表面捕获水分对于全世界许多水资源紧张的地区是可行的。拟议结构的估计产水量可以为亚热带地区的大型人口中心提供淡水。对气候变化更有力的预测之一是，干旱地区将变得更干燥，而潮湿地区将变得更潮湿。目前正在经历缺水的地区在未来可能会更加干燥，使问题更加恶化。而且不幸的是，人们继续迁往水资源有限的地区，如美国西南部。然而，这种日益干旱的预测有利于新的海洋水汽收集技术。气候预测显示，随着时间的推移，海洋水汽通量只会增加，提供更多的淡水供应。因此，研究人员的新想法在气候变化下将是可行的。这为适应气候变化提供了一个亟需的有效方法，特别是对生活在世界干旱和半干旱地区的弱势人群而言。这个拟议解决方案的一个更优雅的特点是，它像自然界的水循环一样运作。研究人员说，这项研究为新颖的基础设施投资打开了大门，可以有效地解决全球日益稀缺的淡水问题。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334525.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334525.htm

新设计的太阳能海水淡化系统可快速生产饮用水 且不易堵塞

新设计的太阳能海水淡化系统可快速生产饮用水且不易堵塞研究人员开发出一种新型太阳能海水淡化系统，可生产大量饮用水，并采用一种受海洋启发的技术来避免盐堵塞问题。扩大规模后，该系统可提供足够的饮用水，满足一个小家庭的日常需要。研究人员的新系统改进了他们之前的设计，这种类似的概念由称为"阶段"的多层组成。每个阶段都包含一个蒸发器和一个冷凝器，利用阳光被动地将盐分从进水中分离出来。虽然它能有效地利用太阳能蒸发水，但由于盐分积累，几天后就会堵塞。于是，研究人员尝试了一种温盐环流的方式来缓解盐分的积累。新设计的单级装置看起来像一个薄薄的盒子，顶部是一种能吸收太阳热量的深色材料。盒子内部分为上下两部分。水流过上半部分，天花板上有一层蒸发器，利用太阳热量加热和蒸发直接接触到的水。水蒸气被输送到下半部，冷凝器层将水蒸气空气冷却成无盐的饮用水。整个箱体是倾斜的，再加上来自阳光的热能，使水流过时产生漩涡。这种运动有助于使水与上层蒸发层接触，同时保持盐的循环，防止盐沉淀和堵塞。太阳能海水淡化系统工作原理示意图该研究的通讯作者之一徐振元（音译）说："我们现在引入了一种更强大的对流，它类似于我们通常在海洋中看到的千米长尺度的对流。海水暴露在空气中时，阳光会促使海水蒸发。一旦海水离开海面，盐分就会残留下来。盐的浓度越高，液体的密度就越大，这种较重的水就会向下流动。通过在[一个]小盒子中模拟这种千米范围内的现象，我们可以利用这一特点来排斥盐分。"研究人员发现，他们的系统能在不同盐浓度的环境中产生淡水，从天然海水到盐度高出七倍的水。他们说，如果将该系统放大到一个小手提箱大小，每小时可生产4至6升（1.1至1.6加仑）水，并可持续使用数年，然后才需要更换部件。研究人员说，由于该系统的产水率高，盐排斥率高，使用寿命长，而且是太阳能供电，不需要电力，因此运行该系统的总体成本将比美国生产自来水的成本更低。研究报告的共同作者杨忠说："我们的研究表明，这种设备能够实现较长的使用寿命。这意味着，利用阳光生产的饮用水首次有可能比自来水便宜。这为太阳能海水淡化解决现实问题提供了可能。"这项研究发表在《焦耳》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387925.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1387925.htm

科学家利用微波加热改善太阳能电池的可回收能力

科学家利用微波加热改善太阳能电池的可回收能力众所周知，太阳能对环境是有益的。它没有直接的温室气体排放，而且阳光是一种可再生资源，不太可能很快耗尽。太阳能电池板由太阳能电池组成，通过光伏效应将来自太阳或人造光的光能直接转化为电能。但是制造太阳能电池板的缺点是，生产太阳能电池非常耗费能源，而且一旦它们的寿命结束，回收它们的方法也很有限。PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354765.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354765.htm

23.64%转化率 - 科学家刷新了CIGS太阳能电池的世界纪录

23.64%转化率-科学家刷新了CIGS太阳能电池的世界纪录乌普萨拉大学在利用铜铟镓硒太阳能电池产生电能方面创造了新的世界纪录，效率高达23.64%。这一成就已由一家独立机构进行了验证，研究结果已发表在备受推崇的《自然-能源》杂志上。这一纪录是FirstSolar公司欧洲技术中心（前身为Evolar）与乌普萨拉大学太阳能电池研究人员合作的成果。"我们对这种太阳能电池和最近生产的其他太阳能电池的测量结果都在独立测量的误差范围之内。"这项研究的负责人、乌普萨拉大学太阳能电池技术教授玛丽卡-埃多夫（MarikaEdoff）说："这项测量还将用于我们自己测量方法的内部校准。"乌普萨拉大学材料科学与工程系教授兼太阳能电池技术部主任MarikaEdoff。资料来源：MikaelWallerstedt此前的世界纪录是23.35%（日本SolarFrontier公司），更早一些是22.9%（德国ZSW公司）。乌普萨拉大学曾保持过这一纪录，第一次是在20世纪90年代的Euro-CIS研究合作项目中。"我们还一度保持着串联原型的记录。"Edoff说："尽管我们保持电池记录已经有很长一段时间了，但我们往往只是落后于最佳结果，当然，还有许多相关方面需要考虑，例如扩展到大规模工艺的潜力，在这方面我们一直走在前列。"太阳能电池技术在全球范围内迅速发展，根据国际能源机构（IEA）的数据，到2022年，太阳能发电占全球电力的比例将略高于6%。晶体硅是太阳能电池最广泛使用的材料，目前最好的晶体硅太阳能电池组件可将22%以上的太阳光转化为电能，而且现代太阳能电池成本低、长期稳定。太阳能电池研究的一个目标是以合理的生产成本实现30%以上的效率。人们通常关注效率更高的串联太阳能电池，但迄今为止，这种电池的成本太高，无法大规模使用。23.64%的世界纪录是由德国弗劳恩霍夫ISE独立研究所测得的。这篇学术论文对太阳能电池进行了全面的材料和电气分析，并将其与其他研究机构之前的同类太阳能电池记录进行了比较。图片显示的是薄膜太阳能电池活性层的横截面，总厚度不超过3微米。利用隆德MAXIV设施测量的纳米XRF，可以高精度地测量太阳能电池中基体元素和微量元素（本例中为铷）的浓度。资料来源：MarikaEdoff太阳能电池最重要的特性是能够吸收光线并将能量传输到电力负载。要做到这一点，材料必须能够吸收最佳部分的阳光，同时避免在太阳能电池内将能量转化为热量而造成浪费。CIGS太阳能电池由一块普通窗玻璃制成的玻璃片组成，玻璃片上镀有几层不同的涂层，每一层都有特定的功能。吸收阳光的材料由铜、铟、镓和硒（因此缩写为CIGS）组成，并添加了银和钠。这层材料被放置在太阳能电池中，位于金属钼背触点和透明前触点之间。为了使太阳能电池尽可能高效地分离电子，CIGS层经过氟化铷处理。钠和铷这两种碱金属之间的平衡以及铜铟镓硒层的成分是影响转换效率的关键，即太阳能电池将整个太阳光谱转换为电能的比例。测量机构在进行测试时，会使用在强度和光谱上都与太阳相似的过滤光来测量太阳能电池的效率。在测量过程中，太阳能电池保持在受控温度下，独立机构定期相互发送校准太阳能电池。要登记为世界纪录，必须进行独立测量，在这种情况下，测量由弗劳恩霍夫ISE测量机构进行。"我们的研究表明，CIGS薄膜技术是一种具有竞争力的独立太阳能电池替代技术。该技术还具有可用于其他场合的特性，例如串联太阳能电池的底部电池，"Edoff说。为了进一步了解效率与太阳能电池结构之间的相关性，我们采用了几种先进的测量方法：在隆德的MAXIV设备上通过纳米XRF（X射线荧光光谱）对太阳能电池的材料进行了表征，并在此基础上进行了细致的成分分析。高分辨率的透射电子显微镜（TEM）用于研究太阳能电池的横截面，包括成分与深度的函数关系、晶粒如何形成以及各层之间的界面。通过光致发光，研究了太阳能电池在激光激发后发出的光的光谱，以此了解太阳能电池对内部电子的处理情况。与发光微弱的太阳能电池相比，发光明亮的太阳能电池内部热量损失较少。最后，还利用电学测量方法分析了铜铟镓硒材料的掺杂情况。"我们现在保持着世界纪录，这对乌普萨拉大学和FirstSolar欧洲技术中心来说都意义重大。对于以高可靠性著称的铜铟镓硒技术来说，创下世界纪录也意味着它可以为串联太阳能电池等新应用提供可行的替代方案。这对我们在世界各地的研究同事来说非常重要。我们希望对材料和电气性能的分析将为进一步提高性能奠定基础，"Edoff总结道。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425973.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425973.htm