日前，我國首個太陽能光熱海水淡化示范基地在海南省建設完工，上海驕英成為國內率先開發太陽能光熱海水淡化技術的能源科技有限公司。
很多人或許會有疑問，天津的超市，貨架上擺滿海水淡化后的瓶裝水，價格與普通礦泉水差不多。舟山、大連等地也都建有海水淡化的市政工程，居民家的水龍頭里流出的是淡化后的海水，海南的“首個示范基地”從何而來？
殊不知，但凡市場上出售的淡化海水，無一例外都是用膜反滲透法制取的。
“傳統的海水淡化需要的技術大體分為兩類——膜法和熱法。”北京理工大學教授、熱能工程研究所所長鄭宏飛向《中國科學報》記者解釋說。
在太陽能海水淡化領域鉆研近20年的鄭宏飛，對太陽能海水淡化技術情有獨鐘，而現實是“市場上大家喝到的淡化海水全部是利用膜滲透方法制取的，利用太陽能加熱蒸餾的熱法始終難以推向市場”。
究其原因，鄭宏飛認為，盡管太陽能海水淡化技術本身已不是難題，但由于材料價格昂貴，利用熱法制取的淡水價格成本偏高，阻礙了研究進展和市場接受度。他同時指出，作為更適合分布式發展的熱法，提高經濟性、盡早建立示范工程是發展太陽能海水淡化的重要途徑。
自身優勢難取代
反滲透膜海水淡化是一種現代的海水淡化技術。反滲透膜生產者萊特萊德環境工程有限公司負責人向記者介紹，在反滲透膜技術中，海水在高壓下穿過過濾膜，受到過濾膜孔大小的限制，一些不需要的物質將被留在高壓的一邊。這種技術所需能量僅僅是給海水加壓。
盡管如此，鄭宏飛告訴記者，為了獲得較高的產出率，反滲透膜技術依然是高耗能并且昂貴的。
“滲透膜需要1到2年更換一次，由于自主技術不過關，我國使用的滲透膜全部由國外進口，因電能消耗巨大而造成運營成本昂貴。”鄭宏飛認為，滲透法受電價影響較大。“如果沒有低電價的照顧，其淡化海水的成本并不低廉。”
反滲透法對海水的利用率也低于太陽能淡化方式，滲透法只能將廢棄海水濃度由3.5%提高到最多8.5%左右，“再提高一點都很困難，因為反滲透壓過大會造成能耗過高。但是利用太陽能淡化技術則可以使出水含鹽率達到20%，鹽水結晶率為25%。”也就是說，經過太陽能淡化技術產生的廢棄海水，不需要經過太多晾曬就可以產出鹽。
反滲透方法的不足之處還在于海水不能直接滲透，需要進行嚴格的預處理，添加一些化學處理劑。萊特萊德負責人表示，過濾膜的孔非常細小，海水必須經過沉淀、有機物去除等環節的預處理，才能通過滲透壓來提純。
而利用蒸發冷凝原理的太陽能淡化技術，則對海水的濃度、溫度要求不高，控制管理也非常簡單，特別適合中小型分布式系統采用。
“太陽能是清潔能源，可持續、可再生，太陽能海水淡化技術不但節能環保、運行成本比較低，太陽能集熱器的效率也很高，用太陽能給海水淡化供熱技術成熟。”在2015太陽能海水淡化專題研討會上，大連理工大學教授郭亞麗說。
成本太高成瓶頸
既然太陽能海水淡化優勢明顯，為何我國的此項技術仍沒有獲得商業化？太陽能豐富、苦咸水聚集的地區為何沒有享受到此項技術的好處？
“與滲透膜的投入比起來，太陽能淡化方法中用到的器件成本更加昂貴。”萊特萊德負責人說，這也是許多企業未曾涉足太陽能淡化技術的原因之一。
這得到了鄭宏飛的坦率認可：“太陽能海水淡化的主要器件包括集熱器、換熱器和淡化器，而集熱器中真空管的成本占系統總價的一半以上。”
通過太陽能淡化系統產出的淡水，每噸售價達到20元左右，這比人們日常使用的自來水價格高出兩至三倍，也大大高于膜滲透法制取的淡水價格。
為了降低各組件成本，提高系統可靠性和穩定性，鄭宏飛提出了多種方案，而最近的研究——聚光直接加熱式，似乎契合了對此項技術的所有訴求。
據介紹，聚光直接加熱式無需冗長管路，減少了管路投資與熱損失；用陶瓷粒子或其他方法功能化海水，使得海水直接吸收太陽光，利用強光直接蒸發海水，省略了換熱器，減少了傳熱環節，提高了聚熱效率，將有望成為未來具有重要前景的太陽能海水淡化技術。
此外，功能粒子在水中運動并相互碰撞，從而磨掉蒸騰器表面的結垢，徹底解決高溫加熱海水的結垢問題；聚光接收器的換熱部分，即與海水接觸的部件全部可以用非金屬材料制造，比如接受太陽光而使海水蒸發的加熱管可以用石英玻璃制造，從而提高整個系統的抗腐蝕性；末端海水處理裝置采用傳統的海水淡化系統，技術成熟，效率高，同時可以規模化。
“把太陽能集熱器和淡化器合二為一，直接將成本降低了一半。”因為此項技術的申報，鄭宏飛于近日得到國家自然科學基金支持，獲得數十萬元研究經費。
示范工程盼建立
“太陽能海水淡化的研究發展不是要擠掉反滲透，而是作為技術補充，依據不同地域的特點，提供更多選擇。”鄭宏飛說。
如今，世界上利用太陽能海水淡化技術最多的地區集中在沙特等中東國家，大量的光照和充裕的資金是他們的優勢。但在鄭宏飛看來，技術的先進不代表技術方案同樣先進：“國外多采用太陽能集熱器驅動多級閃蒸或低溫多效系統，把原有的工業技術和太陽能技術相結合，管理起來較復雜，系統檢測或控制的指標過多，一項失誤都可能導致系統停運。”
鄭宏飛團隊要解決的也正是太陽能海水淡化系統的普遍要求：控制簡單、運行平穩、適應太陽光照強度的不穩定性。
目前我國并不缺乏自主研發的太陽能海水淡化技術，“只有建立更多大型的示范工程，發現更多問題，系統才能得到完善，才能加快商業化。”鄭宏飛說。
但做示范工程需要資金支持，找到感興趣的企業投資，是技術商品化最快的辦法。就在記者采訪當天，鄭宏飛接到河北天朗環保工程有限公司的邀約，公司盛情邀請其前往當地考察污水處理工藝，并表示愿與校方合作，支持鄭宏飛團隊示范工程的建立。
企業參與、政府支持才能達到產業規模化，示范工程的建設將使新技術更有展示性，吸引更多的資金進入這個領域。
“將太陽能利用技術與海水淡化技術有機結合將是今后海水淡化發展的一個熱點。”郭亞麗強調，需要注意的是，在發展中應避免形成以能源換水源，從而加重能源緊缺和環境污染，進一步使水源更加緊缺的惡性循環。將太陽能海水淡化系統運行過程真正優化為大自然水循環過程，成為最經濟環保的生態新技術才是太陽能海水淡化技術的永恒追求。
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