海水淡化是近海沙漠国家重要的饮用水来源，但目前海水淡化工程大多离不开化石燃料，也会产生大量卤水，其实并不怎么环保。对此，沙特阿拉伯阿布都拉国王科技大学（KAUST）已推出新型太阳能蒸馏器，除了提高吸光效率跟寿命，也能可回收近 100% 海水淡化副产品，对高盐分工业废水、卤水处理也大有帮助。
这并非 KAUST 第一个太阳能海水淡化研究，该大学在 2018 年也推出新一代绿色海水蒸馏技术，研究团队在光热材料上添入折纸艺术元素，使传统的 2D 光热设备晋升为 3D 形式，进一步提高吸热层表面积，有效提高 50% 蒸发率。
而该团队此次则带来另一项研究：他们想要解决海水快速蒸发后、大量累积的盐结晶问题。其中海水淡化技术分为逆渗透与蒸馏方式，逆渗透是利用压力与逆渗透膜来分离水与盐，虽然效率高，但会产生高盐度海水卤水；蒸馏则是透过加热海水，盐分与水蒸气分离后，将水蒸气冷凝收集成为淡水。
随着科技日新月异，海水淡化蒸馏法已经不再需要透过“煮海取盐”类似的方法，改用光热设备来达成，然而在光热材料加热过程中，液体会快速蒸发，与此同时容器中溶液的盐分浓度也会不断攀升，这时候光热材料可能就会被盐结晶堵住，阻碍光热材料的光吸收、降低蒸馏速度。
为了解决这一大问题，KAUST 首先想观察“海水蒸发过程”，进而理解盐结晶是如何形成的。他们透过二氧化硅跟碳为主的太阳能海水淡化薄膜进行测试，发现随着水分蒸发、盐分浓度到达一定程度后，薄膜外围会逐渐累积盐结晶，并渐渐由外往内蔓延至内部，最后在正中心止步。
该团队也指出，不管溶液的盐分浓度如何，盐结晶就是不会出现在中央区域，KAUST 海水淡化与再利用中心科学家 Peng Wang 表示，团队认为，若要提高太阳能蒸馏性能，改变结构设计应该是关键钥匙。
▲ 杯型设计的转换状况。最右侧为 120 小时后的情形，每张图间格为 24 小时。（Source：KAUST）
研究团队在进一步电脑模型实验中，开始推测不同浓度条件下盐壳环的内径，并根据无盐区域研发出一个带有圆形底部的 3D 杯子设计，希望能诱导盐分在杯子边缘结成结晶。实验结果也符合 KAUST 科学家的期待，在最佳化杯子高度与底部弧度后，新型设备已经不太容易被结晶堵住了，可回收近 100% 盐分，且即使运作多天也不太需要维护。
（Source：Environmental Science & Technology）
目前团队也已打造出 3D 杯型太阳能蒸馏器，能有效分离吸光表面跟盐分沉积区域，性能也大幅超越过去的 2D 薄膜，一来它可以在 25wt% 高盐分浓度下运作（=100 克盐水中盐分含量为 25 克），运作 120 小时效率也无明显衰退，除了应用在太阳能海水淡化技术，也对高盐分废水、卤水处理大有裨益。
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（首图来源：Flickr/Jennifer C. CC BY 2.0）
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