瞻觀前沿

蒸發(fā)一直在我們周圍發(fā)生，從冷卻我們身體的汗水到早晨陽(yáng)光下燃燒的露水。但科學(xué)對(duì)這一普遍過(guò)程的理解可能一直缺失一部分。

近年來(lái)，一些研究人員困惑地發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)中的水（被稱為水凝膠的海綿狀材料）的蒸發(fā)速度高于熱量或熱能所能解釋的速度，超出的幅度非常大——是理論最大速率的兩倍，甚至三倍或更多。

麻省理工學(xué)院的一組研究人員進(jìn)行了一系列新的實(shí)驗(yàn)和模擬，并重新審查了一些聲稱已經(jīng)超出熱極限的研究小組的一些結(jié)果，得出了一個(gè)令人震驚的結(jié)論：在一定條件下，在水與空氣相遇的界面上，光可以在不加熱的情況下，直接讓水蒸發(fā)，而且實(shí)際上比熱更有效。在這些實(shí)驗(yàn)中，水被保存在水凝膠材料中，但研究人員認(rèn)為這種現(xiàn)象在其他條件下也可能發(fā)生。

該研究結(jié)果發(fā)表在麻省理工學(xué)院博士后涂耀東、機(jī)械工程教授陳剛、麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系的 Jiawei Zhou、Shahaoting Lin、Mohammed Alshrah 和 Xuhe Chao，研究成果發(fā)布在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上的一篇論文中。標(biāo)題為《導(dǎo)致水蒸發(fā)超過(guò)熱極限的合理光分子效應(yīng)》，DOI：10.1073/pnas.2312751120

玻璃上的白色凝結(jié)物是水在綠光下從水凝膠中蒸發(fā)出來(lái)的，無(wú)需加熱。圖片來(lái)源：《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》

技術(shù)價(jià)值觀察

通過(guò)論文成果，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這種基于光的蒸發(fā)現(xiàn)象可以提高太陽(yáng)能海水淡化系統(tǒng)的效率，可能將產(chǎn)水量提高三到四倍，從而實(shí)現(xiàn)廉價(jià)的海水淡化。這一發(fā)現(xiàn)還可能在蒸發(fā)冷卻過(guò)程中得到利用，提供高效的太陽(yáng)能冷卻系統(tǒng)。將這種現(xiàn)象納入氣候模型可以提高其準(zhǔn)確性，對(duì)霧和云的形成和演化有重要作用。在工業(yè)過(guò)程中，也可能應(yīng)用于需要干燥材料的工藝中。因此，這項(xiàng)研究具有重要的科學(xué)和工程價(jià)值。

海水淡化上中下游產(chǎn)業(yè)鏈條長(zhǎng)，涉及領(lǐng)域廣，不僅可培育海水淡化裝備制造業(yè)，成為海洋經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn);還可帶動(dòng)周邊地區(qū)機(jī)械、化工、材料等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，形成產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)。海水淡化產(chǎn)業(yè)鏈上游主要是海水淡化設(shè)備制造，包括膜及高分子材料、高壓泵、能量回收裝置等;中游則為開展海水淡化工程設(shè)計(jì)、咨詢、服務(wù)的企業(yè);海水淡化的下游應(yīng)用主要在市政供水、工業(yè)用水等領(lǐng)域。

宏觀市場(chǎng)觀察

地球上71%的面積被海洋覆蓋，但人類生產(chǎn)生活所需的淡水資源卻相對(duì)匱乏。從數(shù)據(jù)來(lái)看，地球上的水總體積約有13億5900萬(wàn)立方千米，海洋約占地球總水量為97.2%，湖泊咸水和地下咸水占0.94%，淡水資源只有約3500萬(wàn)立方千米，只占總水量的2.53%，再除去無(wú)法取用的冰川和高山冰冠中的水，陸地上可利用的淡水湖、地下水和河流的水量不到地球總水量的1%。因此，對(duì)資源豐富的海水加以開發(fā)和利用，使之變成淡水，一直是人們探索的方向。

各國(guó)積極開展海水淡化科技創(chuàng)新布局

如今，已有150多個(gè)國(guó)家使用海水淡化技術(shù)為約3億人提供清潔水。作為新增水源，海水淡化具有更好的投資經(jīng)濟(jì)性。發(fā)達(dá)國(guó)家積極開展海水淡化科技創(chuàng)新戰(zhàn)略布局，在基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)、裝備開發(fā)等方面指標(biāo)領(lǐng)先并持續(xù)投入巨資以占據(jù)制高點(diǎn)。

目前，全球大規(guī)模商業(yè)化海水淡化技術(shù)分為兩類：膜法海水淡化(主要是反滲透RO)和熱法海水淡化(多效蒸餾MED和多級(jí)閃蒸MSF)，反滲透技術(shù)在全球海水淡化市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，占全球海水淡化技術(shù)應(yīng)用的70%左右，主要是與熱工藝相比，反滲透法的能耗和運(yùn)營(yíng)成本較低。

全球海水淡化產(chǎn)能區(qū)域分布

根據(jù)國(guó)際脫鹽協(xié)會(huì)與GWI (Global Water Intelligence)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2022年10月，全球海水淡化工程規(guī)模每日可生產(chǎn)淡水10795萬(wàn)立方米，全球海水淡化廠數(shù)量達(dá)22757家。

目前，150多個(gè)國(guó)家/地區(qū)有18000多個(gè)海水淡化廠，每天向3億多人供應(yīng)約87百萬(wàn)立方米的淡水。海水淡化在向中東供應(yīng)淡水方面發(fā)揮著不可或缺的作用，中東地區(qū)全球近一半的海水淡化能力位于中東，中東最大的市場(chǎng)是沙特阿拉伯、阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)、科威特、卡塔爾和以色列。海水淡化主要部署在世界上富裕、能源豐富的地區(qū)，如美國(guó)、澳大利亞、中國(guó)、歐洲和日本。

全球海水淡化市場(chǎng)將保持增長(zhǎng)趨勢(shì)

根據(jù)國(guó)際脫鹽協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2022年，全球海水淡化工程規(guī)模達(dá)到10795萬(wàn)立方米/天。數(shù)據(jù)顯示，2021年，全球海水淡化行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模約為192.9億美元，未來(lái)全球海水淡化行業(yè)市場(chǎng)將進(jìn)一步擴(kuò)大。全球城市化率上升和人口增長(zhǎng)是推動(dòng)海水淡化市場(chǎng)增長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，此外，水資源短缺、淡水資源枯竭和海水淡化技術(shù)的快速改進(jìn)預(yù)計(jì)將推動(dòng)海水淡化市場(chǎng)的增長(zhǎng)。同時(shí)，天氣模式變化、污染加劇和森林砍伐等不斷惡化的環(huán)境問(wèn)題正在導(dǎo)致世界各地的水資源短缺和類似干旱的情況，各國(guó)政府正在投資開發(fā)海水淡化設(shè)施或項(xiàng)目以應(yīng)對(duì)這種情況，預(yù)計(jì)這將推動(dòng)市場(chǎng)發(fā)展。

基于上述分析，全球?qū)Ｋ袌?chǎng)的需求將保持增長(zhǎng)趨勢(shì)，2022-2028年，全球海水淡化市場(chǎng)將以8.8%的復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，至2028年，全球海水淡化市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)346億美元。

中國(guó)海水淡化技術(shù)賽道熱力圖

根據(jù)產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，目前海水淡化關(guān)鍵技術(shù)強(qiáng)相關(guān)的城市集群主要集中在我國(guó)東部沿海地區(qū)一帶，尤其是廣東省和海南省不分伯仲，均是行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域。這些城市群已投入大量政策、資金、環(huán)境和人才資源用于海水淡化技術(shù)發(fā)展，成為潛在的海水淡化技術(shù)發(fā)展中心。根據(jù)熱力圖的分布，廣東省廣州市有極大的可能性成為海水淡化技術(shù)的先導(dǎo)區(qū)域。重點(diǎn)關(guān)注陜西省西安市未央?yún)^(qū), 海南省?？谑旋埲A區(qū)、廣東省廣州市番禺區(qū), 廣東省深圳市福田區(qū)等地的相關(guān)企業(yè)，以及這些地方對(duì)海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的投資環(huán)境和潛力市場(chǎng)。

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