綠色、低碳的太陽能清潔水生產(chǎn)技術(shù)對(duì)于全球水資源的可持續(xù)與緩解水資源危機(jī)具有重要的戰(zhàn)略意義。其中，具有代表性的太陽能光熱界面蒸發(fā)技術(shù)與基于空氣水分吸附的大氣集水技術(shù)近年來獲得了巨大的國際關(guān)注度，并取得了一系列顯著進(jìn)展。然而，已有文獻(xiàn)對(duì)以上兩項(xiàng)新興技術(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試與數(shù)據(jù)報(bào)道仍存在著較大的誤區(qū)與分歧，因此亟需明確針對(duì)上述兩種技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試與性能評(píng)估的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

鑒于此，新加坡國立大學(xué)Tan Swee Ching教授等人于近日在Nature Sustainability上發(fā)表了題為“Best practices for solar water production technologies”的評(píng)論文章，該工作系統(tǒng)剖析了存在于太陽能光熱蒸發(fā)技術(shù)與吸附式大氣集水技術(shù)測(cè)試、表征與報(bào)道過程中的問題與誤區(qū)，提出并詳細(xì)討論了應(yīng)對(duì)上述問題的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試與性能評(píng)估的最佳實(shí)踐方案，為相關(guān)測(cè)試制定了行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，為基于上述兩種策略的太陽能水生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路。

圖片圖1：a)太陽能光熱界面蒸發(fā)技術(shù)，b)吸附式大氣集水技術(shù)的工作原理示意圖。

針對(duì)于太陽能光熱界面蒸發(fā)技術(shù)：文章首先強(qiáng)調(diào)了可穩(wěn)定、均勻輸出AM 1.5模擬太陽光的重要性。為了抑制額外的、來自光源與環(huán)境熱量的輸入，作者推薦掩模版在光照測(cè)試中的使用，并進(jìn)一步建議對(duì)光熱蒸發(fā)器進(jìn)行必要的測(cè)試前的封裝，以減少非曝光區(qū)域與空氣間的熱質(zhì)交換。無風(fēng)環(huán)境對(duì)于測(cè)試數(shù)據(jù)的有效性與可比性具有至關(guān)重要的作用。為盡可能稀釋上述因素的干擾并保持測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，文章建議使用大尺寸的樣品進(jìn)行光照蒸發(fā)的測(cè)試。此外，作者后續(xù)強(qiáng)調(diào)了模擬工具在保障與驗(yàn)證測(cè)試方法的合理效度方面的重要性。

在光熱蒸發(fā)領(lǐng)域，一個(gè)最具代表性的性能參數(shù)是蒸發(fā)速率，然而這一參數(shù)無法真實(shí)反映單位面積和時(shí)間下所使用蒸發(fā)器的產(chǎn)水量。這是因?yàn)檎舭l(fā)速率是由觀測(cè)體系質(zhì)量的減少（mass loss）測(cè)得，忽視了系統(tǒng)的冷凝過程，而真正具有現(xiàn)實(shí)意義的產(chǎn)水能力，即水收集速率，應(yīng)該測(cè)試質(zhì)量的增加（mass gains）。在文章中，作者著重強(qiáng)調(diào)了報(bào)道水收集速率的重要性，并詳細(xì)探討了近期可實(shí)現(xiàn)高效光熱蒸發(fā)冷凝的參考策略。

除鹽離子濃度外，文章指出有機(jī)與微生物檢測(cè)也是完備的水質(zhì)檢測(cè)過程中必不可少的環(huán)節(jié)，同樣應(yīng)該受到學(xué)界的重視。作者進(jìn)一步制定了微納結(jié)構(gòu)下光熱界面蒸發(fā)焓的調(diào)節(jié)機(jī)制與評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，為明確光熱蒸發(fā)機(jī)制提供了理論依據(jù)。

針對(duì)于太陽能驅(qū)動(dòng)的吸附式大氣集水技術(shù)：文章首先強(qiáng)調(diào)了全濕度等溫吸附測(cè)試的重要性，并著重推薦了0-20%濕度區(qū)間的探索，因?yàn)殛U明低濕度下的吸附行為可以更好地幫助理解固氣交互過程與吸附位點(diǎn)的取向問題，并益于指導(dǎo)適用于干旱氣候的高性能吸附劑材料的設(shè)計(jì)。作者同時(shí)推薦了多溫度的等溫吸附測(cè)試與多壓力的等壓脫附測(cè)試，用以模擬并預(yù)測(cè)大氣集水材料在不同工況下的運(yùn)行特性。值得注意的是，文章指出大氣水吸附與脫附動(dòng)力學(xué)更適合采用大尺寸器件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評(píng)估，而不建議使用顆粒、粉末等小尺寸樣品進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)榍罢呖梢暂^為真實(shí)的還原現(xiàn)實(shí)運(yùn)行場(chǎng)景中材料內(nèi)部的熱質(zhì)傳遞情形。

另一個(gè)阻礙大氣集水領(lǐng)域不同材料之間比較的現(xiàn)狀是，文獻(xiàn)往往采用不同的核心性能參數(shù)進(jìn)行選擇性進(jìn)行報(bào)道，矛盾點(diǎn)主要在于質(zhì)量產(chǎn)率（litre/kg·day）與面積產(chǎn)率（litre/m2·day）。文章作者認(rèn)為，以上兩個(gè)參數(shù)對(duì)于大氣集水材料的評(píng)估都具有重要的參考價(jià)值，值得同時(shí)報(bào)道，因?yàn)橥瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)高的質(zhì)量產(chǎn)率與面積產(chǎn)率至關(guān)重要，這是由于，在未來理想的大氣集水材料/裝置應(yīng)同時(shí)具備小型化、輕便、高產(chǎn)水率的特點(diǎn)。

此外，受限于不同的工作模式與循環(huán)次數(shù)，大氣集水材料與裝置的日產(chǎn)水率難以準(zhǔn)確比較。鑒于此，作者建議對(duì)吸附劑材料的脫附能量需求進(jìn)行定量評(píng)估，即報(bào)道吸附劑材料在單位能量輸入下的產(chǎn)水量（specific water yield:litre/kWh）。在總?cè)丈淞恳欢ǖ那闆r下，可以有效預(yù)估不同材料的產(chǎn)水率極限，從而擺脫不同工作模式與循環(huán)條件的限制。

太陽能驅(qū)動(dòng)的清潔水生產(chǎn)技術(shù)本身具有綠色可持續(xù)的優(yōu)勢(shì)，所以其應(yīng)用階段的可持續(xù)性很大限度上由材料本身所決定。然而制備千克級(jí)別的、具備擴(kuò)大化潛力的高性能材料依舊是一個(gè)重大挑戰(zhàn)，因此文章在最后強(qiáng)調(diào)了報(bào)道成本分析與合成制備過程的重要性與現(xiàn)實(shí)意義。