美國萊斯大學(xué)的科學(xué)家們公布了一項革命性的新技術(shù)，其可利用納米粒子直接將太陽能轉(zhuǎn)換成蒸汽。該大學(xué)納米光子學(xué)實驗室開發(fā)的這種“太陽能蒸汽”新方法，甚至可從冰水產(chǎn)生蒸汽。技術(shù)細節(jié)公布在11月19日美國化學(xué)學(xué)會《納米》雜志上。
該項技術(shù)擁有24％的綜合能效。相比之下，光伏太陽能電池板的綜合能效通常在15％左右。“太陽能蒸汽”法的發(fā)明者認為，有了該項技術(shù)，人們將以全然不同的方式思考太陽能發(fā)電，但他們也預(yù)計，該新技術(shù)的首次使用將不是為了發(fā)電，而是為了邊遠地區(qū)的衛(wèi)生設(shè)施和水質(zhì)凈化。
“太陽能蒸汽”的效率主要基于將日光轉(zhuǎn)換成熱能的光激納米粒子。當(dāng)浸沒在水中并暴露在陽光下時，納米粒子急速升溫，并即時將水蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽。研究人員表示，隨著技術(shù)的不斷改進，“太陽能蒸汽”的綜合能效還將提高。
研究使用的納米粒子非常小，甚至小于光波長，這意味著其具有非常小的散熱表面。強烈加熱將在局部，即納米粒子的表面產(chǎn)生蒸汽。研究人員將裝有含光激納米粒子的水的試管浸入冰水中來演示“太陽能蒸汽”。結(jié)果表明，使用透鏡將日光聚集在試管中的冰水混合物，幾乎立刻就能產(chǎn)生蒸汽。
蒸汽是世界上最常用的工業(yè)流體之一。大約90％的電力產(chǎn)自蒸汽，蒸汽也常用于醫(yī)療廢物和手術(shù)器械的滅菌、蒸煮食物和凈化水質(zhì)。大多數(shù)工業(yè)用蒸汽產(chǎn)自大型鍋爐，而“太陽能蒸汽”的功效在于，使蒸汽在更小的規(guī)模上變得更為經(jīng)濟。
萊斯大學(xué)的研究人員已研制出了一個能在缺電地區(qū)為醫(yī)療器械消毒的“太陽能蒸汽”高壓鍋。他們還贏得了比爾和梅林達·蓋茨基金會“大挑戰(zhàn)”項目的資助，準備為沒有下水道或照明的地區(qū)研制一個超小規(guī)模的人體廢物處理系統(tǒng)。
研究人員表示，“太陽能蒸汽”的最顯著特點是高效，其不需要數(shù)畝面積的聚光鏡或太陽能電池板，演示用高壓鍋的光窗僅幾平方厘米大小。“太陽能蒸汽”的另一個潛在用途是為空調(diào)及供暖系統(tǒng)等混合動力家電供電，這些家電白天將由日光供電，晚上則利用電網(wǎng)電力工作。
此外，研究人員還進行了蒸餾實驗，他們發(fā)現(xiàn)“太陽能蒸汽”的效率要比現(xiàn)有蒸餾塔高出兩倍半之多。
該項技術(shù)擁有24％的綜合能效。相比之下，光伏太陽能電池板的綜合能效通常在15％左右。“太陽能蒸汽”法的發(fā)明者認為，有了該項技術(shù)，人們將以全然不同的方式思考太陽能發(fā)電，但他們也預(yù)計，該新技術(shù)的首次使用將不是為了發(fā)電，而是為了邊遠地區(qū)的衛(wèi)生設(shè)施和水質(zhì)凈化。
“太陽能蒸汽”的效率主要基于將日光轉(zhuǎn)換成熱能的光激納米粒子。當(dāng)浸沒在水中并暴露在陽光下時，納米粒子急速升溫，并即時將水蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽。研究人員表示，隨著技術(shù)的不斷改進，“太陽能蒸汽”的綜合能效還將提高。
研究使用的納米粒子非常小，甚至小于光波長，這意味著其具有非常小的散熱表面。強烈加熱將在局部，即納米粒子的表面產(chǎn)生蒸汽。研究人員將裝有含光激納米粒子的水的試管浸入冰水中來演示“太陽能蒸汽”。結(jié)果表明，使用透鏡將日光聚集在試管中的冰水混合物，幾乎立刻就能產(chǎn)生蒸汽。
蒸汽是世界上最常用的工業(yè)流體之一。大約90％的電力產(chǎn)自蒸汽，蒸汽也常用于醫(yī)療廢物和手術(shù)器械的滅菌、蒸煮食物和凈化水質(zhì)。大多數(shù)工業(yè)用蒸汽產(chǎn)自大型鍋爐，而“太陽能蒸汽”的功效在于，使蒸汽在更小的規(guī)模上變得更為經(jīng)濟。
萊斯大學(xué)的研究人員已研制出了一個能在缺電地區(qū)為醫(yī)療器械消毒的“太陽能蒸汽”高壓鍋。他們還贏得了比爾和梅林達·蓋茨基金會“大挑戰(zhàn)”項目的資助，準備為沒有下水道或照明的地區(qū)研制一個超小規(guī)模的人體廢物處理系統(tǒng)。
研究人員表示，“太陽能蒸汽”的最顯著特點是高效，其不需要數(shù)畝面積的聚光鏡或太陽能電池板，演示用高壓鍋的光窗僅幾平方厘米大小。“太陽能蒸汽”的另一個潛在用途是為空調(diào)及供暖系統(tǒng)等混合動力家電供電，這些家電白天將由日光供電，晚上則利用電網(wǎng)電力工作。
此外，研究人員還進行了蒸餾實驗，他們發(fā)現(xiàn)“太陽能蒸汽”的效率要比現(xiàn)有蒸餾塔高出兩倍半之多。
