【成果掠影 & 研究背景】

全球水资源短缺日益严峻，传统海水淡化技术依赖高成本膜材料且易受污染限制。为此，莱斯大学团队在《Nature Water》提出一种革命性解决方案——基于共振能量转移（RET）的无膜太阳能热脱盐系统（STREED）。该系统通过空气-水直接接触的加湿-除湿（HDH）过程，结合动态流控优化，实现了高效热能回收。实验原型在得克萨斯州实地测试中，以435ppm盐度的井水为原料，达到0.75升/小时的产水速率。通过动态调节气液流量比，系统在太阳能波动条件下仍保持稳定运行，相比固定参数模式，单日产水量提升35%，夜间产水量激增516%。仿真预测优化系统（OS）的峰值能效比（GOR）可达2.2，单周产水量较基础系统提升155%，仅需0.5平方米集热面积即可满足3-4人日饮水需求。

【创新点 & 图文摘要】

  1. 创新点：
  1. 1.首创RET驱动脱盐机制

    将共振能量转移原理引入热脱盐，通过匹配气液流率与能量梯度最大化热能回收效率

  2. 2.无膜直接接触设计

    空气流与盐水直接交互，消除膜污染风险，降低维护成本

  3. 3.动态流控响应

    实时调节气液流量比适应太阳能强度变化，提升多云/夜间工况适应性

  4. 4.模块化可扩展架构

    通过串联蒸发单元实现系统扩容，支持大规模淡水生产

  5. 5.多物理场协同优化

    结合COMSOL仿真精准预测温度场、湿度场与能量传递路径，指导系统设计

Fig.1 STREED原型示意图、实验数据与仿真结果

Fig.2 广义RET机制在不同热脱盐系统的应用演示

Fig.3 OS系统动态流控下的时变产能与夜间生产增强

Fig.4 真实太阳能强度下OS与XS系统的周性能预测

Fig.5 全美多地动态STREED系统的日产水性能对比

【总结 & 原文链接】

STREED技术通过共振能量转移与无膜架构，突破传统脱盐技术的能效瓶颈与运维限制。其动态流控策略成功解决太阳能间歇性问题，实现24小时连续产水，在得克萨斯州测试中单模块日产量达13.1升。系统兼容多种水质（实验采用435ppm井水，仿真覆盖35g/kg海水盐度），并通过模块化设计实现灵活扩容。研究团队已验证该系统在拉斯维加斯、洛杉矶等缺水城市的应用潜力，为离网社区提供可持续饮水解决方案。未来工作将聚焦系统成本优化与大规模示范工程部署。

原文链接: https://doi.org/10.1038/s44221-025-00438-3

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