北理工郑宏飞教授团队Joule：逆向蒸发太阳能蒸馏技术——从效率提升到实践应用

太阳能热蒸馏是一种可持续的淡水生产技术，对缓解“双碳”背景下的全球淡水短缺具有重要意义。近期提出的具有逆向蒸发结构的太阳能热蒸馏技术是该领域的研究热点之一。此技术在多级蒸馏过程、海水盐资源提取、光伏光热综合利用方面已经展现出了极具吸引力的前景。但该技术尚缺乏独立的、全面的论述，且在性能指标提升、实际生产应用方面的发展路径仍不明晰。

近日，北京理工大学郑宏飞教授团队在Cell能源领域旗舰子刊《Joule》（IF=35.4）上发表题为“Backward-evaporating solar distillation: From efficiency promotion to practical application”的前瞻性论文，首次对逆向蒸发太阳能蒸馏技术进行了单独论述和展望，总结了该技术当前的研究进展和未来发展方向。

作者将该技术命名为逆向蒸发太阳能蒸馏技术，并从能源效率、可持续运行、集成应用、实际生产、技术特征和经济可行性等方面对该技术进行了全面的分析和探讨，指出该技术从效率提升到实际应用等各方面仍极具潜力，并给出了具体的发展路径和建议，将有力促进此项技术在性能指标提升、实际生产应用落地方面的发展。

要点1

对太阳能热蒸馏技术进行了分类，根据水蒸发方向是否与太阳光入射方向在水体的同一侧，分类为正向蒸发式和逆向蒸发式两种类型。根据蒸发水体存在的方式进一步可分类为自由水和吸附水两种结构模式。总结了国内外太阳能蒸馏器件的太阳能到淡水的能量转化效率和一个太阳光强下的产水速率。

图1 太阳能热蒸馏技术原理与关键指标

要点2

讨论了太阳能到水的能量转换效率的理论极限，并确定了蒸馏过程的关键优化方法。通过抑制顶部热损失、改善传热传质和加速蒸馏过程，单级蒸馏系统的太阳能水能转换仍有改善空间，同时增加级数上限和减少级间能量损失对于最大限度地提高多级蒸馏效率至关重要。

图2 逆向蒸发太阳能蒸馏过程能质传输与优化

要点3

总结了当前有效的抗盐沉淀方法，揭示了盐离子在蒸发域中移动的潜在机制，并说明了如何通过定制的驱动力组合来加速或抑制盐离子移动，以可持续地抵抗盐沉淀。此外，还强调了盐水排放和盐水条件下能源效率之间的平衡，且需考虑盐水排放与蒸发水域盐浓度的耦合影响，以实现盐水条件下可持续和高效的蒸馏。

图3 盐水环境下的可持续逆向蒸发太阳能蒸馏过程与性能

要点4

总结了逆向蒸发太阳能蒸馏在能源-资源联产中的综合应用范式。提出可进一步建立太阳能最大化利用的综合评价标准，同时开发针对不同场景的新应用模式。除了集成应用之外，未来的研究还应在动态室外条件下进一步评估和优化产水性能，以实现高效的实际生产。同时，还讨论了大规模实施中的材料和技术挑战，并演示了如何扩大当前实验室规模的原型，用于家庭、农业和工业场景。

图4 逆向蒸发太阳能蒸馏技术应用

要点5

将逆向蒸发太阳能蒸馏技术与其他太阳能热海水淡化技术进行了经济性评估和技术比较，并评估了将该技术部署到商业市场的经济可行性。提出了一种基于效率和产水成本的最佳级数选择方法，以指导可用于实际生产的多级蒸馏器件设计。

图5 多级蒸馏过程效率与成本

原文链接：https://www.cell.com/joule/abstract/S2542-4351(25)00374-5