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“水智造”:借太阳能向大海要淡水

2017-03-13 08:55   来源:海南日报
中国网事


太阳能光热海水淡化装置

    地球不是一个蓝色的大水球么,怎么会缺水呢?

    地球上的水,尽管数量巨大,而能直接被人们生产和生活利用的,却少得可怜。占据96.5%的海水,又咸又苦,不能饮用,不能浇地,也难以用于工业;只有3.5%的淡水,又有绝大一部分被冻结在远离人类的南北两极和冻土中,无法利用,只有不到1%的淡水,它们散布在湖泊里、江河中和地底下。

    水是生命之源,工业化的蓬勃发展与人口的急剧增加使得淡水危机来势汹汹,解决淡水资源问题已提到了人类的议事日程。“节约用水”说起来简单,做起来难上加难。

    人们知道,含有大量盐类和多种元素的海水是不可以直接饮用的,但经过淡化的海水不就可以了么?其实古时就有从海水去除盐分的故事和传奇,随着科技的不断进步,海水淡化技术在近20多年的研发和应用中变得更为现代化,使得“喝海水”变得更为科学、安全。

    说到水,就不得不提被海洋环绕的海南岛,表面上拥有良好水利条件的海南岛,却面临着比较突出的工程性和季节性缺水问题。如今,在这座岛屿上,“海水”变成“淡水”的过程科技范儿十足,经过科研人员的奇思妙想和刻苦研发,只要有阳光,海水或苦咸水都可以变成淡水,可供人饮用,也可做生活用水。

    “太阳能光热海水淡化站示范工程”项目已于2013年在乐东尖峰镇实施建成,成功产出优质淡水,也是我国首个太阳能光热海水淡化项目。

    海水如何变成淡水?

    在淡水资源告急的当下,如何向大海“借”更多的淡水?海水淡化应运而生。

    什么是海水淡化?海水淡化又称为原水脱盐。其原理显而易见,就是脱除原海水中的大部分盐类,变为符合规定用水标准的淡水。淡化工艺现有蒸馏法、反渗透法、冷冻法、水合物法、溶剂萃取法、电渗析法、离子交换法等20余种方法。

    “目前达到商业规模的主要为反渗透法和蒸馏法,也就是常说的‘膜法’和‘热法’。”东方骄英海洋发展有限公司董事长彭志刚介绍,而蒸馏产生热能主要依靠电厂、化工厂,蒸馏法是消耗地球能源的方法,而不是较为节能环保的方法。

    要“借”到淡水,就要知道淡水是怎样来的。“人类所需要的绝大部分淡水是通过降雨得到的。”彭志刚告诉记者,总体来说,淡水是蒸发形成的,淡水孕育着丰富的物种,无论高山、湖底,有淡水的地方就有生命。

    还有一个词叫“水循环”,全世界的水是一个有联系的整体。海水在阳光的照射下,不断蒸发,水汽弥漫在海洋上空,一部分水汽被气流带到陆地上空,遇冷就凝结成细小的水滴,变成云,降落到地面就是雨或雪。雨雪水落地后,有的流到洼坑里,有的渗入地下,有的流入小沟,汇进江河,奔向海洋。无数小水滴就是这样一刻不停地在世界上旅游。

    参照形成降雨的这个自然现象,彭志刚的团队研究了全新的工业化海水淡化技术,力求为人类的难题分忧,他们将蒸馏法的淡化工艺与太阳能光热结合起来,打造低碳生态友好的海水淡化系统,这就是太阳能光热海水淡化系统。

    低温多效蒸馏+太阳能光热=升级版海水淡化

    受“太阳追踪器”向日葵的启发,我国科研人员利用太阳能光热输出中高品质蒸汽,初步实现“引海止渴”,实现海水淡化的低耗能、低成本以及规模化。为了解释太阳能海水淡化系统,彭志刚依照降雨的过程讲起。

    通过聚焦太阳光,就可以得到超过500摄氏度的高温,从而可以点燃木材。如果我们不断累积这样的聚焦,再使用可以自动跟踪的反射镜组,将阳光反射聚焦,便可以将水加热进而产生高温蒸汽。随后再将高温蒸汽输送到一个低于大气压力的海水淡化装置中,高温蒸汽将热量传递给海水,装置内的海水温度升高就会蒸发成蒸汽,从而将水与其他的杂质分离变成淡水。

    这一整套流程叫做“线性菲涅尔式太阳能聚光集热系统”,彭志刚团队拥有完全自主知识产权。他说,“线性菲涅尔式太阳能聚光集热系统”,是一种典型的太阳能光热技术,与太阳能光伏技术不同,光热技术可以避开需要输出固定能量的难题,实时“追踪”太阳的行走路线。

    彭志刚解释,与普通蒸馏法不同的是,低温多效蒸馏法可以更加充分地利用有效蒸汽,实现用较少的蒸汽产出更多的淡水。随着海水在装置中的喷洒,多效蒸汽也在其中持续流动,在高温作用下,喷洒出的海水会被迅速蒸馏,并同步输出可直接饮用的淡水。

    “然而使用这一新能源海水淡化技术,需要两个必不可少的要素,那就是足够的能源和足够的海水。”彭志刚说,这两点海南完美兼备,既有充足的阳光,又有丰富的海水资源,二者相辅相成。

    国家海水利用工程技术研究中心主任张耀江曾评价,将低温多效海水淡化处理技术与太阳能光热技术相结合,不仅是海水淡化规模化的重要突破,同时也是能源紧缺、淡水紧缺岛屿开发的有力保障。

    从传统能源行业中巧妙转身

    作为主研发人员,彭志刚的技术灵感并非“灵光乍现”,如今在新能源行业里摸索的他曾在以传统能源为主的企业工作了10多年。

    “恰恰因为我与传统能源打过很长时间的交道,我能深深地领悟到新能源的巨大优势。”彭志刚说。2011年,他踏上了新能源领域的创业之路,一门心思地钻研如何用太阳能光热来实现海水淡化。公司成立之初,他在上海宝山顾村租了一栋带院子的民宅,把一块块工业级平面镜铺在院子里,根据菲涅尔光学原理反复琢磨,终于自主研发了一套太阳能光热海水淡化的核心技术。

    在与彭志刚的交谈中,记者发觉他不仅严谨而且健谈,不管公司创业之路有多艰难,他总不愿过多描述。对彭志刚来讲,技术的研发和升级远没有筹备资金艰难,为了让公司更好地走下去,他抵押了房子;最忙的时候,连生病的时间都没有,每天睡四五个小时早已稀松平常。

    如今,彭志刚团队研发的技术不仅在乐东尖峰投产运行,经受住了热带海岛地区高温、高湿、高盐和强台风的恶劣气候的检验,给人们带来甘露。他们的团队更是走出国门,服务国家“一带一路”战略,与伊朗、巴基斯坦等国合作,用来自中国的低碳生态友好的“水智造”技术缓解人类面临的共同问题。(记者 王玉洁 实习生 王晓庆)

[责任编辑 王雯君]
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