近日，制冷與低溫工程研究所“能源-水-空氣”交叉學(xué)科創(chuàng)新團(tuán)隊ITEWA（Innovative Team for Energy, Water & Air）針對現(xiàn)有空氣取水技術(shù)能效低和產(chǎn)水量低的共性難題，首次提出了多種空氣取水技術(shù)互補和多能協(xié)同高效轉(zhuǎn)換利用的混合空氣取水框架。研究成果以“Designing next-generation all-weather and efficient atmospheric water harvesting powered by solar energy”為題，發(fā)表在國際期刊Energy & Environmental Science上。博士生王鵬飛、許嘉興助理教授、博士生白釗遠(yuǎn)為共同第一作者，李廷賢研究員為通訊作者，王如竹教授提供指導(dǎo)。該論文因其前瞻性和創(chuàng)新性入選了Energy & Environmental Science期刊的TOP 10% Papers和HOT Articles。
空氣取水技術(shù)作為緩解全球淡水資源短缺危機的有效方案，主要包括霧收集空氣取水技術(shù)（FAWH）、輻射冷卻驅(qū)動空氣取水技術(shù)、直接冷凝式空氣取水技術(shù)（DAWH）、膜輔助空氣取水技術(shù)（MAWH）和吸附式空氣取水技術(shù)（SAWH）。不同的空氣取水技術(shù)具有不同的能量消耗和取水處理方式，選擇合適的空氣取水技術(shù)需綜合考慮能量利用效率、技術(shù)成熟度、當(dāng)?shù)貧夂驐l件和經(jīng)濟(jì)因素等。然而，全球范圍內(nèi)不同季節(jié)和晝夜氣候條件下溫濕度的顯著波動，為全天候高效空氣取水帶來了挑戰(zhàn)。因此，亟需明晰水收集過程中的能源轉(zhuǎn)換與利用過程，從水-能關(guān)系角度建立對空氣取水過程的全面認(rèn)知，為新一代全天候高能效的太陽能驅(qū)動空氣取水系統(tǒng)提供前瞻性指導(dǎo)。
新一代太陽能驅(qū)動混合空氣取水系統(tǒng)運行框架
新一代太陽能驅(qū)動混合空氣取水系統(tǒng)的全球氣候適應(yīng)性、節(jié)能潛力和經(jīng)濟(jì)性
論文從水-能關(guān)系角度多維度、系統(tǒng)性評估了現(xiàn)有空氣取水技術(shù)的特點，表明單一空氣取水技術(shù)難以在全球范圍內(nèi)晝夜和季節(jié)性氣候波動下，實現(xiàn)全天候高效空氣取水。為此，論文提出了一種基于多種空氣取水技術(shù)優(yōu)勢互補和熱泵高效冷/熱轉(zhuǎn)換，構(gòu)建全天候高能效太陽能驅(qū)動空氣取水系統(tǒng)的新思路，闡明了新一代太陽能驅(qū)動混合空氣取水系統(tǒng)的多模式運行框架，明晰了多技術(shù)耦合過程的關(guān)鍵影響因素和發(fā)展方向，并從熱力學(xué)和經(jīng)濟(jì)性分析角度，全面評估了該空氣取水系統(tǒng)的全球節(jié)能潛力和氣候適應(yīng)性。該研究為實現(xiàn)全天候高能效太陽能驅(qū)動空氣取水技術(shù)提供了一條有效路徑，為空氣取水技術(shù)實現(xiàn)從概念驗證到規(guī)模化實際應(yīng)用提供了理論和技術(shù)支撐。
王如竹教授領(lǐng)銜的ITEWA團(tuán)隊致力于解決能源、水、空氣領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)性科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過學(xué)科交叉實現(xiàn)材料-器件-系統(tǒng)層面的整體解決方案，推動相關(guān)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。近年來在Science、Nature Reviews Materials、Nature Energy等高水平國際期刊上發(fā)表系列跨學(xué)科交叉論文。
原文鏈接：https://doi.org/10.1039/D5EE01454A
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