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太阳能海水淡化——解决 2.2 亿人类的水资源短缺问题
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水资源短缺问题比我们想象的更加紧迫。根据 联合国环境规划署全球近50%的人口，即近4亿人，每年至少有一个月面临缺水问题。
明年，也就是2025年，1.8亿人可能面临粮食及农业组织（FAO）所称的“绝对水资源短缺”。
解决如此巨大且普遍的问题需要创新的解决方案，即利用未开发或未充分开发的资源的解决方案。
例如，解决水资源短缺问题可以将海水转化为淡水，这是最有效的解决方案之一，因为海水供应充足。如果这个过程可以 进行 运用 再生能源，例如太阳能。
利用海水生产饮用水的节能装置
将海水转化为淡水需要进行海水淡化。然而，目前的海水淡化系统将海水泵入膜中，将盐从水中分离出来，这不仅耗能，而且还会遭受设备表面盐分积聚的困扰。结果，水流受阻，效率降低。这些盐分沉积使这些机器不适合连续运行，而且成本高昂，需要频繁维护。
滑铁卢大学研究团队 现在已经想出了 a 解决方案灵感来自 自然界的水循环，大量借鉴了树木从根部向叶子输送水分的方式。
滑铁卢大学化学工程系教授 Michael Tam 博士表示：
“我们的灵感来自于观察大自然如何维持自身以及水在环境中蒸发和凝结的方式。”
由于该机制的灵感来源于自然界的水循环，因此几乎不需要进行大规模维护。
该过程涉及一种工程解决方案，该解决方案可使水蒸发，将其输送到表面，并在封闭循环中凝结。结果是有效防止盐积累，并在不影响效率的情况下延长设备寿命。
该设备的另一个好处是它使用 可再生能源， 装置 高效节能。 它依靠太阳能运行，可以将接近 93% 的太阳能转化为电能。
与目前市场上的海水淡化系统相比，其效率提高了五倍，每平方米可生产近二十升淡水。
有趣的是， 是同样量的水 世界卫生组织建议每个人每天保持基本的饮水和卫生习惯。
为了使该装置高效利用太阳能，研究人员使用了基础材料镍（Ni）。 提供镍泡沫基础 具有导电聚合物涂层和热敏花粉颗粒。这种成分使得该材料有利于吸收整个太阳辐射光谱中的阳光。
为了使水向上流动，需要加热并输送一层薄薄的盐水。这与水在天然树木毛细血管中的流动方式类似。 水的蒸发导致剩余的盐移动到设备底部。
- 解决方案的简单性 使其为更广泛的采用做好准备。 它的便携性确保它可以 使用 在偏远地区，特别是沿海和岛国。
总结 解决方案的总体效益滑铁卢大学化学工程系教授李云宁博士表示：
“这种新设备不仅高效，而且便于携带，非常适合在淡水供应有限的偏远地区使用。”
为了进一步阐述潜在的好处，Michael Tam 博士说 执行以下操作：
“如果测试成功，该技术可以为沿海社区持续供应淡水，并推进联合国可持续发展目标三、六、十和十二。”
虽然 上述研究 给科学界和致力于可持续淡水解决方案的人们带来了很大的希望，其他研究人员也一直在努力。
在下一部分中，我们将讨论麻省理工学院研究人员在 2022 年提出的便携式海水淡化装置的开发。
便携式海水淡化装置可产生清澈、洁净的饮用水
在2022四月， 麻省理工学院的研究人员开发了一种便携式海水淡化装置 重量不到 10 公斤，大约相当于一个手提箱大小。它运行所需的电量比手机充电器所需的电量还要少。这款设备的售价为 50 美元，与我们在上一节中讨论的设备一样，也不需要水通过过滤器。相反，它使用电力去除饮用水中的颗粒。
离子浓度极化技术使装置无需过滤器
该过程是研究人员十年工作的成果，涉及将电场施加到放置在水道上方和下方的膜上。 - 膜可以排斥带正电或负电的粒子，包括盐分子、细菌 以及病毒，当水流过时. 该过程有助于去除溶解和悬浮的固体。
研究人员在制定解决方案时，谨慎地利用了 最好的可用技术，包括机器学习。 机器学习被证明可以有效地找到 ICP 和电渗析模块的理想组合，因为该过程总共涉及六个模块。
研究人员还牢记，只有得到大量采用才能证明其有效性的设备必须易于使用。因此，它可以 推出 只需一个按钮即可实现自动脱盐和净化。
它还可以通知 这些因素包括原料奶的可用性以及达到必要粉末质量水平所需的工艺。 当盐度水平和颗粒数量低于特定的可容忍阈值时，用户就可以使用。 数据读取 简单直观，研究人员提供了一款智能手机应用程序，能够无线控制该装置，并报告所有可用的电力消耗和水盐度数据。 实时的.
部分资助 由 DEVCOM 士兵中心、阿卜杜勒·拉蒂夫·贾米尔水与食品系统实验室 (J-WAFS)、东北大学实验性人工智能博士后奖学金项目和 Roux 人工智能研究所共同开发， 这个调查 提供了令人满意的结果。
研究人员将解决方案带出实验室，在波士顿的卡森海滩进行了测试。产生的水超过了世界卫生组织的质量标准，悬浮固体的数量减少了至少 10 倍，而原型以每小时 0.3 升的速度产生饮用水，每升仅需要 20 瓦时。
电气工程与计算机科学教授、资深作者 Jongyoon Han 阐述了这项实验改变游戏规则的本质， of 生物工程学家、电子研究实验室 (RLE) 成员，发表了以下言论：
“这真的是我和我的团队十年旅程的巅峰。我们多年来一直致力于研究单个海水淡化过程背后的物理原理，但将所有这些进步推向一个领域，建立一个系统，并在海洋中展示它，这对我来说是一次非常有意义和有益的经历。”
虽然大学研究人员正在积极致力于这一崇高的追求， 有几家公司 承担起了海水淡化的工作。他们的贡献同样至关重要，因为大规模采用需要具有商业规模的扩大解决方案。 在以下部分中，我们将研究几家这样的公司。
＃1。 联合水务有限公司 (纳斯达克股票代码：CWCO)
- 公司 拥有自己的工程服务 准备为客户提供完整的设计-建造 海水逆流 渗透海水淡化系统. - 公司 满足涉及安装、扩展或改造的整个服务周期。
- 公司在纳斯达克上市交易， 进行 通过 DesalCo 提供海水淡化的管理、工程和施工服务，该公司被供应商认可为反渗透海水淡化厂的原始设备制造商 (OEM) 等加工。为 公司简介.
从技术上来说， 公司 认识到两种主要的海水淡化方法：
（一）热蒸馏
（二）膜分离。
- 公司 更喜欢后者 由于其较低的能源成本。 公司 采用反渗透膜分离技术进行咸水和海水淡化。 这是一个 流体分离过程 盐水被加压，淡水通过半透膜与盐水分离，半透膜可以去除盐分。
- 海水反渗透装置 合并水务公司基于 巴哈马联邦新普罗维登斯岛拿骚。2006 年 XNUMX 月投入使用， 植物 具有运营能力 处理 每天 12 万加仑水.
2023年， 公司 完成对 PERC Water Corporation（“PERC”）剩余 39% 所有权的收购，成为该子公司的 100% 所有者，该公司在美国西南部设计、建造、运营和管理水利基础设施
同年，PERC 被授予 一个新的 价值 204 亿美元的合同，用于设计、建造和运营新的海水淡化设施 在夏威夷檀香山。
- 公司 开曼群岛的零售业务每年生产饮用水 海水反渗透淡化厂 位于大开曼岛的 Abel Castillo 水厂（“ACWW”）和西湾工厂。
目前，位于 ACWW 的两家工厂的总生产能力为每天 3.0 万加仑水。 该 西湾工厂的生产能力为每天1,000,000加仑水。
联合水务有限公司 (妇产科 +3.07% )
2023年， 公司 营收为 180.2 亿美元，较 2022 年的 94.1 万美元大幅增长。2023 年 公司 持续经营净利润和每股收益分别创下 30.7 万美元和 1.93 美元的纪录。 公司 普通股于 38.29 年 2023 月达到了 XNUMX 美元的历史最高点。
＃2。 威立雅
- 公司 看到 海水淡化是解决 战斗 水资源短缺该公司声称已经建造了数百座海水淡化厂和系统 网络覆盖全球，生产淡水 都 市政和工业需求。 公司 最近的旗舰项目包括巴林的 Al Dur 2 工厂、沙特阿拉伯的 Rabigh 3 工厂和阿联酋的乌姆盖万 IWP 工厂。
2007以来，该 公司 威立雅与阿曼电力和水务采购公司（OPWP）共同负责建设和运营苏尔海水反渗透工厂。该工厂为600,000多万人提供饮用水。威立雅还为工业需求建设海水淡化设施。
威立雅专有的 Barrel 技术是一种安全、紧凑、数字化的 RO 海水淡化系统，其即插即用方法有助于确保快速进度 而其 嵌入式数字传感器确保高效的远程监控。
威立雅， 除了 其直接海水淡化解决方案还通过结合数字工具和专业知识帮助客户使流程更加智能、安全和可持续。
其已安装的基础服务组合提供定制的水处理服务，以满足 客户的确切需求。 移动供水服务 威立雅 处理租赁资产，支持和协助客户现场运营的临时和长期水处理需求。 最后，根据其 水处理化学项目翼， 公司 提供水卫生和 HYDREX 化学解决方案，帮助提高公用设施和水处理设备的性能。
威立雅 (OTC: VEOVY) 股票在场外交易市场 (OTC) 交易。2024 年上半年， 公司 收入达22.141亿欧元，较 1 年上半年的 2023 亿欧元收入略有下降。在这 22.755 亿欧元中，近 22.141 亿欧元来自满足水需求的业务部门。另外两个涉及废物和能源。
海水淡化的重要性日益增加
目前已有相当数量的水来自海水淡化。 根据国际海水淡化协会提供的数据，全球累计签订的海水淡化合同产能已超过 每天 100 亿立方米海水，其中近 3% 用于人类消费. 根据估计， 约有300亿人依靠这一过程满足日常用水需求。 科威特等国家几乎 100% 的淡水需求都是通过海水淡化实现的。
然而，海水淡化项目 尚未分发 全球统一。 中东和北美地区累计占比超过 全球 70% 的海水淡化产能.在这70%中， 仅中东地区 账户 超过53%。
数据还显示， 21,000 年将建成 2022 座海水淡化厂，全球每天生产 99 万立方米的淡化水。然而，这一产量也产生了每天超过 3 亿立方米的盐水副产品。盐水是海水淡化厂排放到海里的略微浓缩的海水。盐水的含盐量约为 150g/l，而海水的含盐量为 3g/l，而盐水排放物的温度略高于海水——几摄氏度。
未来的研究必须投入时间和资源来寻找方法 ， 更环保。使用太阳能运行这些工厂有助于显著减少这些设施的碳足迹。然而，未来的研究必须确保几乎所有的海水输入都转化为淡水饮用水。这将确保 有 无有害排斥 未来 作为副产品输出。
成功的运输和分配机制将确保这些水 去 超越沿海国家 并到达附近没有重要饮用水源的干旱地区.
