被动式太阳能光热发电技术产生的高温可用于海水淡化和氢气生产

《npj Clean Water》：Passive solar photothermal generation of high localized temperatures for water desalination and hydrogen production

　　

摘要

利用被动式太阳能界面蒸汽生成（SSG）技术产生高局部温度（T ≥ 100°C）通常需要昂贵的光学聚光器来增强入射的太阳辐射。在此，我们展示了一种在低环境太阳辐照度下，通过被动、非加压系统生成高局部温度的方法，从而无需使用光学聚光器。受温室效应的启发，我们设计了一种新型SSG装置，以最大化热集中效应并显著提升局部加热效果。该装置的工作机制包括两个连续的过程：首先，采用高岭土改性的活性炭/CuO光热层实现高效的光热转换，由于其较高的热惯性而减少了热量损失；其次，生成的热量被封闭在一种中空的多孔纤维素管内，蒸汽凝结和内部热循环促进了极端的热局部化，使得在500 W·m?2的环境太阳辐照度下，局部温度可达到160.9°C。该系统在太阳能海水淡化方面表现出色，在0.5倍太阳光照条件下实现了3.7 kg·m?2·h?1的蒸发速率。此外，在不使用贵金属催化剂或外部能源输入的情况下，利用商业TiO? P25经过AC-K@CuO改性的材料，在半倍太阳光照条件下实现了28.734 mmol·g?1·h?1的光热-光催化H?生成速率。这一装置为在现实工作条件下生成过热蒸汽提供了一种新方法，为偏远地区的多种应用奠定了基础。