政策不确定性下的低碳投资波动性：来自股票市场的证据及其对碳捕获部署的影响

《Journal of Cleaner Production》：Low-carbon investment volatility under policy uncertainty: Evidence from equity markets and implications for carbon capture deployment

本研究在半球形太阳能蒸馏器（HSS）中引入金属线圆柱形线圈（MWCC），通过实验评估了2、4、6个线圈配置的性能。结果显示，MWCC6使产水量提升49%（5.69 L/m2/天），热效率达80%，经济成本为0.043美元/升，环境效益预计每年减少CO?排放并创造碳信用收入。该创新为干旱地区提供高效、经济和环保的淡水解决方案。

　　这项研究聚焦于解决全球淡水资源短缺问题，尤其是在干旱和半干旱地区。随着人口增长、工业化和农业用水需求的增加，全球约有69%的可用水资源被消耗，这使得淡水供应成为影响人类健康、经济发展和环境可持续性的关键挑战。传统的大型海水淡化设施虽然能够有效生产饮用水，但它们依赖化石燃料，能源消耗高，经济成本大，并且显著增加了碳排放，从而加剧了全球变暖问题。因此，迫切需要开发和实施更加可持续、节能且对环境影响较小的替代方案。

太阳能脱盐技术因其利用可再生的太阳能，被认为是一种有前景的解决方案。其中，半球形太阳能蒸馏器（HSS）因其优越的热性能和能够最大化吸收太阳能辐射的能力而受到关注。然而，HSS在实际应用中仍面临一些问题，如低生产率、高能量损失以及设计上的限制。为了提升其性能，研究者们尝试了多种改进策略，包括使用金属翅片、相变材料（PCMs）以及基于天然废弃物的热储存结构。例如，铜锥形翅片搭配红砖填充物可将产水率提高16.7%，而漂浮的黑浮石块则提升了27%。这些材料和结构的引入，有助于增强蒸发过程，但同时也伴随着成本增加和耐久性问题。

针对上述挑战，本研究提出了一种全新的热储存介质——金属线圆柱螺旋管（MWCCs）。MWCCs的结构特点是多孔且导热性良好，这使其在提升热传导、对流和毛细作用方面具有显著优势。与传统的金属翅片或棉布吸水材料相比，MWCCs不仅能够提高蒸发效率，还能降低遮挡损失，同时保持较低的成本和良好的可扩展性。这种设计为解决HSS在实际应用中的效率问题提供了新的思路。

在实验过程中，研究团队在阿尔及利亚El Oued地区，于2025年6月，在相同气候条件下测试了四种HSS配置：传统HSS（THSS）以及分别采用两圈、四圈和六圈MWCCs的HSS-MWCC2、HSS-MWCC4和HSS-MWCC6。实验结果表明，MWCCs的引入显著提高了淡水产量和效率。其中，HSS-MWCC6表现最佳，其产水率达到5.69升/平方米/天，比THSS的3.82升/平方米/天提升了49%。此外，HSS-MWCC2和HSS-MWCC4的产水率分别比THSS提高了25%和38%。在热效率方面，HSS-MWCC6达到了80%，而THSS仅为40%。这些结果表明，MWCCs在提升HSS性能方面具有巨大的潜力。

除了提高产水率和热效率，MWCCs还展现出良好的经济和环境效益。经济分析显示，HSS-MWCC6的单位产水成本为0.043美元/升，相比传统HSS的0.05至0.08美元/升更为经济。此外，其投资回收期仅为27天，这表明该技术具备较强的市场可行性。从环境角度来看，HSS-MWCC6在10年生命周期内预计可减少3.13吨二氧化碳排放，并带来94.04美元的碳信用收入。这不仅有助于缓解全球变暖问题，还符合联合国可持续发展目标（SDGs）。

为了全面评估HSS-MWCCs的可持续性和可行性，研究采用了一种综合的4E分析框架，即从能量、能损、经济和环境四个方面进行考量。能量分析主要关注系统热效率和整体能量利用情况，而能损分析则深入探讨能量转换的质量和可用性，以识别可能的热力学优化空间。经济分析则评估系统的成本效益，通常以单位产水成本来衡量，这对于实际应用和市场推广至关重要。环境分析则量化系统的生态足迹，主要通过二氧化碳排放量等指标来衡量，确保所提出的解决方案符合可持续发展目标。

此外，研究还对比了MWCCs与其他先进材料的性能表现。例如，与蜂蜡/石墨PCM相比，MWCCs的产水率更高，达到2.45升/平方米/天，而与含银纳米颗粒的PCM相比，MWCCs的产水率接近10.5升/平方米/天。这些数据表明，MWCCs不仅在性能上优于部分传统材料，而且在经济性和环境友好性方面也更具优势。研究还指出，MWCCs的不锈钢材质使其具备良好的耐久性，其表面形成一层抗腐蚀的氧化层，能够有效延长使用寿命，同时保持较低的制造成本。

尽管MWCCs展现出显著的提升效果，但研究也指出了一些局限性。实验是在特定的气候条件下进行的，即阿尔及利亚El Oued地区的夏季（2025年6月），这可能限制了研究结果在其他季节或地理环境中的适用性。此外，虽然4E分析较为全面，但环境评估部分未包含完整的生命周期分析（LCA），特别是在MWCCs制造过程中的碳排放估算和间接能源成本方面仍存在一定的研究空白。因此，未来的研究可以进一步扩展实验范围，涵盖不同季节和气候条件下的性能表现，并对整个生命周期进行更详细的分析，以全面评估该技术的环境影响。

在实验设置方面，研究团队采用了木质的蒸馏器基座，这不仅成本低廉，而且具备良好的热绝缘性能，有助于减少热量向外界的散失。同时，MWCCs被巧妙地集成到基座中，以增加太阳能的吸收效率并改善热传导。这种设计在提升蒸发效率的同时，也保持了结构的稳定性，使得整个系统能够在长时间内高效运行。实验结果还表明，HSS-MWCC6的基座温度可达67°C，而传统HSS的基座温度仅为55°C。这表明，MWCCs在提升基座温度方面具有显著优势，从而增强了蒸发和冷凝过程。

从研究背景来看，HSS的性能提升一直是学术界关注的重点。近年来，许多研究者对HSS进行了改进，包括使用黑色墨水、铜制基座、磷酸颗粒、沙粒等材料。这些材料的引入在一定程度上提高了HSS的产水率，但同时也伴随着成本增加和遮挡损失的问题。例如，Solanki等人（2014）发现，向基座水中添加黑色墨水（1.25–2%）可提高太阳能吸收效率，从而提升产水率17–25%。而Attia等人（2021a）则发现，黑色涂装的铜制基座能够显著提高产水率和效率，其提升幅度达到53%。其他研究也显示，磷酸颗粒和沙粒的使用分别提升了47.9%和52.1%的产水率。这些研究结果为MWCCs的引入提供了理论依据，并表明其在提升HSS性能方面具有更大的潜力。

综上所述，这项研究通过引入和优化MWCCs，显著提升了HSS的产水率和热效率，同时保持了较低的成本和良好的环境效益。这些成果不仅为解决淡水资源短缺问题提供了新的思路，也为推动太阳能脱盐技术的发展奠定了基础。未来的研究可以进一步探索MWCCs与其他先进材料的结合，以开发更加高效的混合设计。此外，扩大实验范围，涵盖不同气候条件下的性能表现，也将有助于全面评估该技术的适用性和可持续性。