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                制冷所王如竹團隊展望太陽能驅動連續式空氣↓取水

                發布時間:2022-07-04

                近日,制冷︼與低溫九五至尊旧网址欢迎光临研究所王如竹教授領銜的“能源-水-空氣” 交叉學科創新布兰诺尔團隊ITEWA(Innovative Team for Energy, Water & Air)在能源環境領域期刊 Energy & Environmental Science發表題為 Sustainable water generation: Grand challenges in continuously atmospheric water harvesting的展望①論文。該論文歸納了現龙之战争有太陽能驅動的吸附式空氣取水系統和輻射冷卻空氣取水系統在材料和系統兩方面的發展及存在的技術瓶頸,強調了太陽能驅動連續式空氣取水的前景和可能性,展望了連續式空氣取水系統的發展方向,以期推動空氣取水實現產水效率和產强化治疗链量的跨越。本文第一作者為制冷與低溫研究所博士後Primo? Poredoš,通闫治合訊作者是王如竹教授。

                 

                捕捉空氣中的水蒸氣並形成液態可飲用水——空氣取水,已成為緩解水資源挑戰的重要途徑,尤其是對於幹旱地區以及周邊沒有水資源的地區。通過制冷實現冷表面◆溫度低於空氣露點溫度的冷凝大氣集↙水往往能耗高,制水效武汉科诚基础九五至尊旧网址欢迎光临公司率低。這種情況下利用多孔吸濕材料即使在低濕度〖下也可以有效吸附空氣中的水蒸氣,通過太陽能加熱可以實現吸附材料的解吸,形成的高分壓水蒸汽大大提升了露點溫度,可以在常溫下實現水蒸汽的冷凝集水。此外利用天空輻射冷卻材料可以實靡衣媮食現表面溫度明顯下降,也可以在高濕度下冷凝水蒸↓氣。如何將以上兩種技術有機結毒云术合,利用大氣晚上溫度相對較低而相對濕度較高,白天太陽能充足以【及超材料存在的太空輻射制∞冷,去構建全部依賴自然能源稟賦的連續式空氣取水系統是未來可持續發展中的一個◤重要挑戰。

                 

                論文從材料和系統兩個層面重點關註連續式空氣取水的雷涛涛未來發展和挑戰,給出了解決連續式↑空氣取水未來可能的残月下章台發展方向。材料層面,作者發現以往的所有吸附材料都存在吸ㄨ附速率和解吸速率間存在不匹配現象,目前報道的吸附劑真实假虚中,吸附速率最高僅為解吸速率的1/4,很難滿足連續式系統所需□ 的快速吸附∑ 解吸特性。因而,提高吸附動力學成為實現連架装结构續系統的關鍵難題之一。本文作者鼓勵采◎用先進材料表征及設計手段輔助改善吸附/解吸∞動力學,例如單晶XRD、多尺度計算方法、分子動力學模擬桔梗和密度泛函理論計算等。此外,作者認為研究與吸附劑相關的新機卐制也非♀常重要,即研究水分子、吸附劑和不同能量來源之間的相互作用。對於輻射冷卻材料來說Ψ█,作者∴認為其性能主要決定於材料的光學性質。目前輻射冷卻材料仍▼然很難日間實現真正的亞環境溫度【,因而開發反射率>0.99的輻射冷卻材料變得非常重要。其次,可以將輻射←冷卻材料集成在斜面上,使其隨方向定※向分布,將表面發射指向天田丰钧頂方向,以增強】總體輻射功率。

                 

                系統№設計方面,對於吸玉玺不缘归日角附式取水系統,其設計應著眼於增加系統的緊湊性,並在系統水平上進一步平衡吸附↓與解吸速〗率的不匹配。作办公自动化者分析了現有的分批輪換的連續性取水方式的總取水量和緊湊性的局限,提出通過吸附解吸面積的區別來累加寄存器匹配吸附和解吸動力學,以實現更高的取水量和取水◆效率,並提出采用各向異性熱導率以及定向孔隙結構的材料可以经文纬武帶來額外的質量■和能量效率。對於輻射冷卻¤系統的設計,作者認為應該專註於如何將輻射冷卻材料提供的冷卻能量集中,即在較小的面積」實現集中的高冷卻功率以實現更低濕度下的冷凝。此外,還應特別註意輻射冷卻整體△的熱管理,通過引█入額外的輻射屏蔽層和隔熱層,部署額外的遮陽板以屏蔽太陽分行輻射等方式,可以減少環境熱量輸入,提高系統的整體冷卻△性能。

                 

                連續運行的空氣取水系統前景展望

                 

                綜上,作者提出了連續運行的空氣取周一秋水的前景展望。首先,吸附材料和輻射冷卻材料的性質還遠非理想,仍然需要設計具有均衡吸附/解吸動力學的吸附张倩材料以及更高太陽輻射反射率的輻射冷卻材料。這兩者也可以實現材料水平上的整合,即吸附材料同時具有輻射冷卻效果。此外,面向規模化、長期化利用,也需大瓶还灵水要強調材料的穩定性、環境友好性以及成本效益。其次,需要從九五至尊旧网址欢迎光临熱物理學科的角度出發關註系統的效率和性能,可以这可采用局部集中加熱與冷卻、多級潛熱回收等方式實現系統效率以及緊湊性的▲提高。此外,長期以來空氣取水系統中夜間取水被忽略,主要是由於夜間不具備太陽能來驅動光熱解■吸。因此,可以采用太陽能光伏及電池系統、光伏/光熱系統以及吸附儲熱系检查統等方式實現能量的高效儲存以及夜間利用,從而驅動吸附赵林峰式空氣取水走向全天運行。

                 

                該研究工作得到了國家自然科學基金國際青年科學家研究基金、國家自然科學基金創新研究群體項目和辉煌光环上海市農業應用技術發展計劃項目的資助。王如竹教授領銜的ITEWA團隊近年來在老至居人下Joule、Energy & Environmental Science、Advanced Material、Matter、Angewandte Chemie、Nature Communication、ACS Central Science 等國際期刊上發表了系列高質量論文,團隊致力於解決能源、水、空氣交叉領域的前沿基礎性科學問題和關鍵技術,旨在通過學科交@ 叉實現材料-器件-系統層面的整體日甚一日解決方案,推動相關領域取得突破性進展。

                 

                原文鏈接: https://doi.org/10.1039/D2EE01234K

                能源◢學人科普推送:
                 

                供稿:制冷與附魔披风低溫九五至尊旧网址欢迎光临研究所    
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