水是人類重要的資源，也是人類生存必不可缺的條件。地球上超過 70% 的面積都是海洋，擁有大量的水，但對於人類來說，地球水資源中的絕大多數都不能直接飲用，只有 2。5% 是人類可飲用的淡水資源。

圖 | 太陽能海水淡化裝置的太陽能吸收器主要由三層構成：最上層為氮氧化鈦層，中間是熱絕緣層，最底層則是氣墊紙層

對許多靠海卻淡水資源有限的地區來說，海水淡化技術十分重要。為解決全球水資源短缺問題，各國紛紛致力於開發新的先進材料和技術，以提高海水甚至汙染水的淡水質量和產量。

目前的海水淡化技術主要有反滲透膜處理技術和真空淡化技術，但傳統淨水技術結構複雜、成本高、能耗高、維護成本高，不易於實用化並走向普通百姓的生活中。降低海水淡化裝置的成本，以及減少海水淡化所消耗的能源，將給這些地區帶來巨大益處。

就在最近，中國科學家研發出一項海水淡化新技術，該技術使用太陽能，不僅清潔環保，而且在淡化效率很高的同時，還可讓淡化裝置保持較低成本，因此是一項十分有前景的新技術，相關成果已發表在《美國物理聯合會》上。

通常，太陽能的利用主要有兩種 —— 透過光伏過程將太陽能轉換為電能，以及透過光熱過程將太陽能轉換為熱能。與光伏過程不同，太陽能熱轉換技術使用光熱材料收集太陽能並將其轉化為熱能，已經在許多重要工業過程中被使用，如供電和驅動渦輪機等。這項太陽能海水淡化裝置也使用了光熱過程。

據悉，這項高效率低成本的太陽能海水淡化裝置的最主要部分是太陽能吸收器，太陽能吸收器主要由三層構成：最上層為氮氧化鈦層，中間是熱絕緣層，最底層則是氣墊紙層。

氮氧化鈦層的主要作用是要吸收太陽能。當太陽光照射氮氧化鈦層時，它會被迅速加熱並能使水汽化。然後，將這個裝置放到一個帶有傾斜的石英屋頂的透明容器中，被汽化的水蒸氣在遇到石英屋頂時就會冷凝，接著會沿著傾斜的屋頂，流入透明容器中，直到容器中積滿可供人類飲用的淡水。

之所以選擇氮氧化鈦，是因為它有著較高的太陽能吸收率、以及比較低的熱輻射率，即能在較少浪費的條件下，以更高的效率將海水汽化，從而將太陽能有效轉化為熱能。

正因此，氮氧化鈦受到了太陽能產業的青睞，許多商業太陽能吸收塗層上都使用著該材料，比如我們經常見到的太陽能熱水系統和光伏裝置中，都能看到它的身影。

在本次太陽能海水淡化裝置中，氮氧化鈦塗層是透過磁控濺射的製造技術生產出來的，據瞭解磁控濺射是一種物理氣相沉積的製造方法。

在磁場中，帶電的氮氧化鈦離子被吸引並沉積到高孔隙紙上。之所以選擇高孔隙紙，是為了讓太陽能吸收器可以漂浮在海水上，這種高孔隙紙由木纖維製造，還被用於一次性紙尿布中。

中間的隔熱層是由聚乙烯泡沫製成的，這一層中有許多充滿空氣的孔隙，這些孔隙的作用是捕獲熱量，從而把從太陽吸收的熱量保留在漂浮在海水水庫的頂部裝置中，這樣就能儘量減少熱量散發到周圍海水。

而最底層的氣墊紙層是太陽能吸收器的基材，多孔氣墊紙可以重複回收和使用 30 次以上。

科學家們曾擔心當隨著海水淡化的不斷進行，沉澱在氮氧化鈦層上的鹽分可能會降低海水汽化的效率。但實驗結果顯示，即使在淡化開始後很長一段時間，氮氧化鈦層的表面也並未形成鹽層。

科學家們的猜想是，中間層的的多孔隔熱層可能吸走了可能在表面形成的鹽分，進而將鹽分送回了海水庫中。

一般來說，每升海水中有超過 75000 毫克的鹽，而每 1 升普通飲用水中則有約 200 毫克鹽分。這套海水淡化裝置，能將海水鹽度降低到 2 毫克鹽 / 升水以下，這意味著可達到人體飲用標準。

總而言之，本文介紹的太陽能海水淡化系統整合在太陽能蒸餾器內，在 1 次陽光照射下可產生 46% 的可飲用淡水，並能避免鹽分濃縮。

預計這種太陽能海水淡化裝置可用於海上或孤島上的生存，從充足的海水源收集淡水。其獨特的特點，如成本低、脫鹽效率高、防汙，為解決淡水短缺問題提供了潛力。期待這項技術在不久的將來，在解決水資源短缺地區的用水問題中發揮巨大作用。