中國科學家用石墨烯實現太陽能高效海水淡化，轉化率80%
2016-12-01
? ? 中國研究人員21日在美國《國家科學院學報》上報告了一種高效、便攜的太陽能海水淡化技術，能以高達80%的能源轉換效率把海水轉化成高質量的飲用水。
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? ? 負責研究的南京大學現代工程與應用科學學院教授朱嘉介紹，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，無需其他能量即可產生淡水，因此為理想的海水淡化方案，但由于能量轉換效率較低，一直無法大規模應用。
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? ? 為此，朱嘉課題組提出一種新思路，它有兩大創新之處：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熱而耗散掉，所以需要光學聚焦、隔熱等手段維持熱平衡。他們設計了一個特殊的二維水通道，不讓吸收體與海水直接接觸，所以不需外界輔助，就能實現高效轉換。
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? ? 據報道，朱嘉課題組設計的是一個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成特殊水通道，圓柱體頂部覆蓋著石墨烯薄膜。工作時，織維素通過毛細作用從下部水池吸水，供給上方薄膜加熱成蒸汽，進而收集淡水。
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? ? 朱嘉介紹，之前光到蒸汽的能量轉換效率在同等條件下一般為60%左右，而他們的裝置可達到80%，轉化后水質經初步檢驗超過世界衛生組織等國際通用標準。加上薄膜可折疊且輕便，制造成本較低，所以“應用范圍大大提高”。當然，這個裝置長期工作的穩定性還需要時間以及在不同應用場景下進行檢驗。
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? ? 水資源短缺一直是世界各國都關注的焦點問題，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，被聯合國列為13個貧水國家之一。同時，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多個城市中，有400多個城市供水不足，100多個城市嚴重缺水，每年缺水量達60多億m3。
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? ? 朱嘉說，他們的這項技術或許可以為這項世界難題補充一個不同的方法和思路。面對水資源短缺的例如沙漠、海島之類的特殊地點，貧困欠發達地區或遭受自然災害的地方，綠色、便攜、高效的水處理技術正是這類地區所急需的。
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? ? 海水淡化技術尚未達到領先水平
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? ? 目前，我國的海水淡化技術仍與其他國家有較大差距，而且主要用于工業。據興業證券研究報告顯示，我國國內噸水成本較高，從成本結構來看，能源成本占到噸水成本的四成到五成。國內海水淡化噸水平均成本達到5~8元，明顯高于海外先進項目(以色列)的3~4元。
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? ? 當下，走在海水淡化技術前列的國家當屬以色列。盡管以色列本身的淡水資源十分缺乏，但是靠著世界領先的海水淡化技術，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技術公司發明的反滲透法淡化海水技術最為有名，IDE公司憑借這項技術甚至被財富雜志評為2016年改變世界的企業第2名。
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? ? 解決難題：政策發力 企業并購
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? ? 為了彌補我國國內水資源短缺問題，國務院在2012年就發布了《關于加快發展海水淡化產業的意見》，然而實際情況卻不盡如人意。
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? ? 據中國水網報道，2012至2015年，全國海水淡化工程規模復合年增長率僅為8.3%。發展意見中的一系列量化目標：包括到2015年，海水淡化能力達到220萬-260萬噸/日，對海島新增供水量的貢獻率達50%以上，對沿海缺水地區新增工業供水量貢獻率達15%以上，海水淡化原材料、裝備制造自主創新率達70%以上等等，都沒有實現。
? ? 今年，海水淡化議題再起，出現多起國內企業主導并購海水淡化公司案例。
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? ? 先是巴安水務宣布將收購瑞士水務股權，以獲得源自國際巨頭IDE公司的海水淡化核心技術。而后，天壕環境全資收購了擁有5個海水淡化項目，以及十多項脫鹽技術的賽諾水務。8月初，巴安水務宣布將再次出手，以96.7萬歐元收購德國上市公司ItN的64%股權，ItN的核心產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，中國交通建設股份有限公司正在參與全球海水淡化巨頭IDE 技術公司的競價收購，他們的非約束性報價高達43億元人民幣。
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? ? 在國內技術沒有進一步突破的前提下，并購其他海水淡化技術較為先進企業也不失為一個辦法，但是，始終要自己掌握核心技術才有底氣。朱嘉也表示，目前還需要提高太陽能海水淡化的效率，同時降低成本，才能提高適用范圍。
