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ITEWA团队在高效太阳能空气取水技术研究取得新进展

发布时间:2024-04-23

近日,【2024欧洲杯直播比赛】博冠体育ITEWA创新团队在能源领域期刊Energy & Environmental Science上发表题为“All-in-one Hybrid Atmospheric Water Harvesting for All-day Water Production by Natural Sunlight and Radiative Cooling”的研究性论文,提出了基于自然阳光和辐射致冷耦合驱动的全天24小时空气产水策略,构建了基于辐射致冷和空气冷却的梯级冷凝空气取水装置,实现了低能耗下的高产水量,为解决淡水资源短缺问题提供了新的技术途径。制冷与低温工程研究所助理教授许嘉兴为论文第一作者,李廷贤研究员为通讯作者,王如竹教授与华中科技大学杨荣贵教授为共同通讯作者。

 

 

耦合白天吸附式空气取水和夜间直接冷凝式取水的全天混合式空气取水策略

 

为了满足干旱地区的用水需求,开发新的水源极为重要。大气中蕴藏着丰富的水蒸气,其含量约为全球每年消耗水量的3.4倍,基于水蒸气吸附的大气水收集技术(S-AWH)近年来受到广泛关注,利用吸附材料和空气取水设备可以从空气中攫取水分,实现随时随地饮用水生产。然而,吸附式空气取水技术面临着高能耗和低产水量的瓶颈。为此,论文提出了一种耦合利用太阳能光热和全天辐射致冷实现全天高效空气取水新策略。为了构建紧凑高效的空气取水装置,论文采用透射型辐射冷却膜(TRC)允许太阳光透过辐射致冷膜,实现了同一占地面积下的顶部日间辐射致冷与底部光热转化集热。白天运行时,阳光透过TRC膜加热吸附材料驱动水蒸气释放,释放的水蒸气在TRC膜表面快速凝结集水。夜晚运行时,吸附材料从空气中捕获水蒸气,同时周围空气中高湿度的水蒸气在TRC膜上凝结,实现夜间辐射致冷驱动的直接产生水。

 

全天空气取水装置的户外对比测试及性能参数对比

 

为提高空气取水装置的冷凝产水能力,论文提出了一种梯级冷凝提高取水速率的新方法,通过使用铝散热器和辐射致冷膜两个冷凝器实现梯级降低冷凝温度。光热驱动释放的水蒸气首先被铝制散热器(第一级冷却)冷却降温,然后进一步通过辐射致冷降温(第二级冷却),以实现水的快速高效凝结。为了验证全天空气取水技术在不同气候下运行的可行性,作者在上海市和昆明市分别进行了户外测试实验。由于综合利用了辐射致冷增强的吸附式空气取水和夜间额外的直接冷凝式空气取水,该装置的户外空气取水能力显著提高到3.6升每平方米,是目前太阳光驱动产水能力最高的空气取水器之一。该工作克服了传统吸附式空气取水设备的能量利用效率低和冷凝温度高的缺点,实现了节能高效的全天24小时空气取水,为高效空气取水器件的热设计构建提供了新思路。

 

该工作获得国家自然科学基金青年基金项目、杰青项目、重大项目的资助,也得到了全国博士后创新人才计划、博士后面上基金项目的资助。

 

王如竹教授领衔的ITEWA多学科交叉创新团队(Innovative Team for Energy, Water & Air)致力于解决能源、水、空气领域的前沿基础性科学问题和关键技术,旨在通过学科交叉实现材料-器件-系统层面的整体解决方案,推动相关领域取得突破性进展。近年来在Science、Nature Reviews Materials、Nature Energy等国际期刊上发表系列跨学科交叉论文。

 

论文链接:https://doi.org/10.1039/D3EE04363K 

供稿:制冷与低温工程研究所    
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