羅切斯特大學太陽能熱能海水淡化系統

無滷水廢棄物的太陽能熱能海水淡化

羅切斯特大學光學研究所與雷射能量實驗室的研究人員開發了一種太陽能熱能海水淡化製程，可在不產生稱為「滷水」的濃縮鹽水副產品的情況下生產淡水。與傳統的反滲透或熱蒸餾不同，此方法利用太陽能蒸餾水，並將剩餘的鹽分轉化為可供工業用途採集的固體材料。

該系統的核心技術依賴於由飛秒雷射蝕刻黑金屬製成的太陽能板。此製程創造了一種既是「超強吸光」又是「超吸水」的表面，這意味著它對水具有高度吸引力。

傳統的太陽能熱能海水淡化在處理真實海洋海水時往往會失敗，因為鈣和鎂等礦物質會結晶成非多孔性的硬殼，進而堵塞表面。由 Chunlei Guo 教授領導的羅切斯特大學團隊解決了這個問題，方法是在黑金屬上精確地蝕刻溝槽，以確保鹽分會脫落。

該裝置利用了「咖啡環效應」——即液體蒸發時會在液滴外緣留下濃縮顆粒環的相同物理現象。該系統利用此原理將鹽分推離活性淡化區域，並將其沉積到面板的「被動」區域，從而保持活性區域的自我清潔並維持持續的效率。

由於該系統以固體形式而非液體滷水提取近 100% 的鹽分，因此它將廢棄物轉化為資源。這使得回收食鹽和更具價值的礦物成為可能。

在一項發表於 Journal of Materials Chemistry A 的相關研究中，研究人員展示了從其他鹽類中分離出鋰的能力。透過在黑金屬表面的溝槽中嵌入氫鈦酸鹽奈米顆粒，團隊從大鹽湖（Great Salt Lake）的水樣中提取了約 50% 的鋰。

雖然概念驗證展示了顯著的潛力，但技術討論強調了商業規模化擴展的幾個障礙：

一些分析師指出，海水淡化存在一個基本的最低能量需求。雖然此系統使用太陽能熱能而非電力，但批評者認為，其效率應與使用相同表面積的太陽能 PV 面板驅動的傳統反滲透系統的輸出進行比較。

研究數據顯示了特定的吞吐量率。根據對該論文的分析，一個表面積為 9 cm² 的裝置在 9 小時內產生了 9.3g 的淡水和 0.343g 的海鹽，這相當於每天每 m–2 產生約 10.33 升的淡水。

擔憂已針對蝕刻金屬表面所需的飛秒雷射的取得性與成本。此外，目前在玻璃容器中進行的實驗室規模演示，可能尚未能轉化為一個能夠在不更換材料的情況下運行多年的穩健、長期工業系統。

除了鋰之外，還有回收鎂和硫酸鹽的潛力。一些觀察者建議，如果副產品是固體而非液體，那麼提取鎂的成本（通常因需要鹼處理而昂貴）可能會顯著降低，因此可能抵消海水淡化成本。