界面太陽熱蒸発システムの包括的なレビュー

ISE 技術は、研究者が実用的なアプリケーションのための戦略を提案することで、きれいな水を生産するための持続可能なソリューションを提供します。

界面太陽熱蒸発 (ISE) は、太陽エネルギーを利用して環境に優しく持続可能な方法で水を浄化する有望な淡水化技術です。 研究者は最近、効率的な ISE システムを構築するための戦略を調べて、ジャーナル Nano Research Energy にレビュー研究を発表しました。 彼らは、新しいエネルギー源の導入、新しい光熱材料の探索、革新的な光熱蒸発器の設計の作成、限られたスペースでの水生産の改善、大規模なISEシステムの開発など、実用的なアプリケーションに向けて技術を進歩させるための5つの推奨事項を提供しています. チームは、ISE が世界的なきれいな水不足の問題に対処する可能性があると考えていますが、実際のアプリケーションを進めるにはさらに多くの作業が必要であることを認めています。

淡水は人間の生活に不可欠であり、淡水の不足は今日の世界の一部で重大な問題となっています。 近年、科学者たちは淡水化技術の開発に多大な努力を払っており、海水からきれいな水を生成できるようになっています。 界面太陽熱蒸発 (ISE) は、世界的な淡水不足の緩和に役立つことが期待される技術です。 研究者チームは、効率的な ISE システムを構築するために利用できる戦略のレビュー研究を実施しました。

彼らの作品は最近ジャーナルに掲載されました ナノ研究エネルギー.

チームの論文では、2 次元および 3 次元の太陽熱蒸発器のエネルギー関連を調査し、高効率の ISE システムの設計と製造の戦略をレビューしています。 彼らの要約された作業は、ISE システムの将来の設計を実用的なアプリケーションに導くための展望を提供します。

ISE は、環境にやさしく持続可能なプロセスを通じて淡水を生成する淡水化技術です。 この技術では、太陽エネルギーを利用して水を蒸発させ、浄化します。 この技術では、光熱蒸発器を使用して太陽光からの熱を変換し、蒸発面に局在化させて、大量の水や環境に放散するのではなく効率的に蒸気を生成します。

膜ろ過や熱蒸留などの従来の淡水化技術は、化石燃料由来の電力を大量に消費するため、環境にやさしいとは言えません。 科学者たちは、グリーンで持続可能なエネルギー源を使用する新しい淡水化技術を探し続けています。 ISE テクノロジにおける最近の作業は、主にエネルギー管理の最適化に重点が置かれています。 研究者は、より効率的なエネルギー使用を達成することを目標に、光熱材料と蒸発器の設計を改善しました。 これは、蒸発システムから環境へのエネルギー損失を最小限に抑えること、環境からのエネルギー入力を拡張して蒸発プロセスを強化すること、および蒸発エンタルピーを減らして蒸発プロセスをより効率的にすることの 3 つの経路によって達成されます。

チームのレビューでは、実用的な太陽熱蒸発性能を高めるためのこれらの経路を体系的に要約しています。 「高効率の光から熱への変換を備えた材料を適用するか、スマートなエネルギー管理戦略を備えた最先端の蒸発器の構造設計を行うことで、蒸発速度を大幅に向上できることを明確に示しています」と Li Yu 教授は述べています。深圳理工大学。

「非常に効率的な太陽熱蒸発を達成するための主な原則には、蒸発システムから環境へのエネルギー損失を回避すること、周囲の空気とバルク水からのエネルギー入力を拡大すること、蒸発システムにすでに存在するエネルギーを最大限に活用すること、および蒸発を下げることが含まれます。エンタルピー」と、南オーストラリア大学の教授である Haolan Xu 氏は述べています。

チームは、次世代 ISE システムを実用的なアプリケーションに移行する際に考慮すべき 5 つの推奨事項を提供します。

最初の推奨事項は、ISE に新しいエネルギー源を導入することです。 太陽光の強度は大きく変化するため、終日、全天候、全季節の ISE システム用の新しいエネルギー源を探索することが重要です。

2 番目の推奨事項は、新しい光熱材料を継続的に探索することです。 チームは、光熱材料の次の段階の開発は、マクロスケールとマイクロスケールの両方で熱エネルギーの使用を最大化することに焦点を当てる必要があることを示唆しています。[{” attribute=””>nanoscale.

The third recommendation is to explore innovative designs for photothermal evaporators. These next-generation evaporators should maximize energy harvest and water evaporation, while improving the water flow to ensure balanced water supply and evaporation.

The fourth recommendation is to improve water production in a limited space. In an ISE system, water evaporation and collection are two main parts. Although researchers have achieved very high solar evaporation rates, highly efficient water collection is rarely reported. Next-generation ISE systems need to have an excellent water evaporation module and an efficient vapor condensing module that fits in a compact space.

The team’s fifth recommendation focuses on the importance of developing large-scale ISE systems for practical applications, such as seawater desalination and wastewater treatment. They suggest that small evaporators be produced as units and assembled to form a larger interconnected system.

Looking ahead the team sees the potential for ISE technologies providing practical applications for meeting the freshwater scarcity problem. “In the current context of worldwide clean water shortages and advocacy for low carbon emission technologies, ISE is now accepted as one of the most promising technologies to solve the global clean water scarcity issues. However, there is still a long way to go to push forward the real-world applications of ISE technology,” said Yingying Zhang, a professor at Tsinghua University.

Reference: “Recent strategies for constructing efficient interfacial solar evaporation systems” by Yida Wang, Junqing Hu, Li Yu, Xuan Wu, Yingying Zhang and Haolan Xu, 28 March 2023, Nano Research Energy.
DOI: 10.26599/NRE.2023.9120062

The research team includes Yida Wang from Tsinghua University and the University of South Australia; Junqing Hu and Li Yu from Shenzhen Technology University; Xuan Wu and Haolan Xu from the University of South Australia; and Yingying Zhang from Tsinghua University.

The research is funded by the National Natural Science Foundation of China, the National Key Basic Research and Development Program, Shenzhen Science and Technology Research Project, and Australian Research Council.