經濟部東部深層海水創新研發中心

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海水淡化添入摺紙元素,太陽能蒸餾蒸發率提高 50%

發佈日期:2018-10-03

海水占據地球近 75% 面積,但人們無法直接飲用,得花費大量能量與金錢來淡化海水,目前大多國家則採用化石燃料方式脫鹽,既不環保也有燃料運輸問題。若科學家能找出永續且高效的方式將海水變成飲用水,或許可解決迫在眉睫的全球飲用水危機。

       
海水淡化主要分為逆滲透與蒸餾方式,其中逆滲透利用壓力與逆滲透膜來分離水與鹽,通常在薄膜兩側放置淡水及海水,由於滲透壓不一,水分子會從淡水流向海水,直到兩邊達成平衡狀態才會停止;蒸餾則是透過加熱海水,鹽分與水蒸氣分離後,將水蒸氣冷凝收集成為淡水。

       
在環保與節約能源趨勢下,現在也有研究開始瞄準太陽能蒸餾法,採用 2D 光熱(photothermal)材料來吸收太陽光的熱量,只不過熱量容易流失,因此 KAUST 團隊致力於打造 3D 光熱設備。    

       
為進一步增加吸熱材料表面積與能源效率,KAUST 在光熱材料添入來自日本的「三浦摺疊」元素,其摺紋樣式由多個平行四邊形組成,拉開紙對角兩端就可以完全展開,反向推入則可以將紙疊起,該技巧除了用於一般的摺紙藝術,由於其具有節省空間、避免損耗與高強度等優點,遠在太空的人造衛星也能看見該技術的身影。

       
KAUST 則利用三浦摺疊技巧在 3D 光熱材料摺出「山脈」與「山谷」,一步增加吸熱層表面積,團隊藉由將光吸收奈米碳複合材料沉積到印有三浦摺疊紋樣的纖維素膜(cellulose membrane)上,發現比起原有的 2D 結構,新型 3D 設備的蒸發率增加 50%,且 3D 結構的能源效率也從 2D 的 71% 提升到近 100%,可說是太陽能蒸餾一大進展。  

       
研究人員指出,3D 材料中的「山谷」吸光效率佳,可吸收加熱元件的光反射,進而減少反射損失;熱量也會從山谷往上流向較冷的「山脈」,不會像 2D 結構一樣四散到空氣中。

       
目前在全世界的水資源中,只有 1% 可直接飲用,假如科學家成功降低海水淡化的成本與提高能源效率,對近海又炎熱乾燥的國家大有裨益。


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