Advanced Sustainable Systems: 低成本太阳能高效驱动淡水生产,实现清洁碳循环

 为了应对日益加剧的气候问题,G20倡导循环碳框架,通过减少、再利用、再循环和清除大气中过多的碳的“4R”保护伞来缓解气候变化。循环碳的核心是通过一系列技术,包括负排放、碳捕获和碳储存等,来建立清洁能源的转型路径并最终实现巴黎协议。因此,实现循环碳目标的重大挑战在于设计真正意义上的碳循环技术,即不允许二氧化碳在经济活动中重新进入大气。与此同时,淡水资源的稀缺已成为人类社会最紧迫的危机之一。据联合国估计,数年后将有多达18亿人无法获得淡水。然而,目前人工生产淡水严重依赖于化石燃料驱动和高维护的技术,例如反渗透开采地下水,其排放的高浓度盐水以及潜在的水文问题会对地球的地质平衡造成严重破坏。太阳能水蒸发作为一种绿色清洁的方法,在海水淡化、废水处理和淡水生产方面展现出巨大的潜力,但目前报道的高效的太阳能水蒸发应用大多基于纳米结构的凝胶,其昂贵的制造成本阻碍了其大规模的工业应用。

针对这一问题,阿卜杜拉国王科技大学研究团队报道了一种基于煤和棉纤维的高性能太阳能水发生器,该系统实现2.2 kg m2 h1的高脱盐效率,且因为使用了易得的煤炭原料而具有很高的成本优势,有望在避免化石燃料燃烧的同时实现其价值的高效利用。

在本文中,作者首先通过混合和压缩过程制备了碳化压缩粉末,并通过X射线衍射、接触角测量、扫描电子显微镜和分光光度计对其进行了表征。表征结果表明,在粉末相器件,无序碳原子层的刚性框架产生了复杂的多孔结构,从而赋予了其保留和分配水的能力,并同时具有优异的吸光性。之后,作者用碳化压缩粉末和棉纤维制备了太阳能水生成器,并进行了室内和户外的水蒸发实验,并基于原材料的价格进行了成本评估。结果表明,该太阳能驱动水生成器具有1.39 kg h-1 $-1的淡水生成效率(1太阳强度下),是迄今为止报道的最高效率,且在整个淡水生成过程中不会产生碳排放。

Clean Carbon Cycle via High-Performing and Low-Cost Solar-Driven Production of Freshwater

Valerio Mazzone,Marcella Bonifazi,Christof M. Aegerter,Aluizio M. Cruz,Andrea Fratalocchi*

Advanced Sustainable Systems

10.1002/adsu.202100217

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adsu.202100217