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綠色、低碳的太陽能清潔水生產(chǎn)技術(shù)對于全球水資源的可持續(xù)與緩解水資源危機具有重要的戰(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展。然而，已有文獻對以上兩項新興技術(shù)的實驗測試與數(shù)據(jù)報道仍存在著較大的誤區(qū)與分歧，因此亟需明確針對上述兩種技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化測試與性能評估的行業(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)測試、表征與報道過程中的問題與誤區(qū)，提出并詳細討論了應(yīng)對上述問題的標(biāo)準(zhǔn)化測試與性能評估的最佳實踐方案，為相關(guān)測試制定了行業(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。

針對于太陽能光熱界面蒸發(fā)技術(shù)：文章首先強調(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試中的使用，并進一步建議對光熱蒸發(fā)器進行必要的測試前的封裝，以減少非曝光區(qū)域與空氣間的熱質(zhì)交換。無風(fēng)環(huán)境對于測試數(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試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，文章建議使用大尺寸的樣品進行光照蒸發(fā)的測試。此外，作者后續(xù)強調(diào)了模擬工具在保障與驗證測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)無法真實反映單位面積和時間下所使用蒸發(fā)器的產(chǎn)水量。這是因為蒸發(fā)速率是由觀測體系質(zhì)量的減少（mass loss）測得，忽視了系統(tǒng)的冷凝過程，而真正具有現(xiàn)實意義的產(chǎn)水能力，即水收集速率，應(yīng)該測試質(zhì)量的增加（mass gains）。在文章中，作者著重強調(diào)了報道水收集速率的重要性，并詳細探討了近期可實現(xiàn)高效光熱蒸發(fā)冷凝的參考策略。

除鹽離子濃度外，文章指出有機與微生物檢測也是完備的水質(zhì)檢測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)機制與評估標(biāo)準(zhǔn)，為明確光熱蒸發(fā)機制提供了理論依據(jù)。

針對于太陽能驅(qū)動的吸附式大氣集水技術(shù)：文章首先強調(diào)了全濕度等溫吸附測試的重要性，并著重推薦了0-20%濕度區(qū)間的探索，因為闡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。作者同時推薦了多溫度的等溫吸附測試與多壓力的等壓脫附測試，用以模擬并預(yù)測大氣集水材料在不同工況下的運行特性。值得注意的是，文章指出大氣水吸附與脫附動力學(xué)更適合采用大尺寸器件進行實驗評估，而不建議使用顆粒、粉末等小尺寸樣品進行測試，因為前者可以較為真實的還原現(xiàn)實運行場景中材料內(nèi)部的熱質(zhì)傳遞情形。

另一個阻礙大氣集水領(lǐng)域不同材料之間比較的現(xiàn)狀是，文獻往往采用不同的核心性能參數(shù)進行選擇性進行報道，矛盾點主要在于質(zhì)量產(chǎn)率（litre/kg·day）與面積產(chǎn)率（litre/m2·day）。文章作者認為，以上兩個參數(shù)對于大氣集水材料的評估都具有重要的參考價值，值得同時報道，因為同時實現(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)同時具備小型化、輕便、高產(chǎn)水率的特點。

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，作者建議對吸附劑材料的脫附能量需求進行定量評估，即報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)動的清潔水生產(chǎn)技術(shù)本身具有綠色可持續(xù)的優(yōu)勢，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。然而制備千克級別的、具備擴大化潛力的高性能材料依舊是一個重大挑戰(zhàn)，因此文章在最后強調(diào)了報道成本分析與合成制備過程的重要性與現(xiàn)實意義。