如何利用廢熱實(shí)現(xiàn)海水淡化新突破，創(chuàng)造淡水資源副產(chǎn)品價(jià)值？像樹一樣將水抽取出來是否能在海水淡化領(lǐng)域?yàn)榈蜏睾５伷郊夹g(shù)創(chuàng)新的道路？武漢大學(xué)胡雪蛟教授在2018工業(yè)園區(qū)海水淡化技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)提出了“毛細(xì)法”概念，中國(guó)環(huán)保在線全程直播，并將胡雪蛟教授的報(bào)告整理為實(shí)錄，僅供參考：
主持人：各位同仁，我們上午聆聽?zhēng)孜淮蠹业慕榻B之后應(yīng)該是收獲滿滿，那么繼續(xù)后半場(chǎng)的報(bào)告。第一位報(bào)告人呢，我們非常高興的請(qǐng)到了武漢大學(xué)的胡雪蛟胡教授，在新能源領(lǐng)域有很好的建樹，胡老師報(bào)告的題目是結(jié)合我們海水淡化，特別是結(jié)合新能源的利用，以《新能源輔助工業(yè)園區(qū)溫排水海水淡化技術(shù)》做報(bào)告，大家歡迎。
胡雪蛟：謝謝主持人，感謝大家。原來的題目我當(dāng)時(shí)是想扣會(huì)議的主題，然后臨時(shí)到昨天晚上，主要是上午幾位老先生講完以后，我發(fā)現(xiàn)我有必要稍微的調(diào)整一點(diǎn)點(diǎn)，然后介紹一下我們最近的一些東西，老先生講過的，前面一些大家們講過的，我盡量的避免重復(fù)，簡(jiǎn)單的向大家匯報(bào)一下，主要是課題組做的一些東西，相對(duì)而言跟前面的老先生相比我們還算是新面孔，我過去也沒有做過海水淡化，武漢大學(xué)過去做海水淡化的在這個(gè)圈子里人不多。
我稍微介紹一下，武漢大學(xué)做的水這塊和我們課題組的情況。武漢大學(xué)實(shí)際上做水的主要是武漢水利電力大學(xué)，它有兩大塊，一部分是水資源，包括河流、水文這塊；另外一個(gè)是從電廠化學(xué)，所以我等下要講的很多東西都是跟電廠有關(guān)，電廠化學(xué)過去是要做高純水，從高純水向海水淡化拓展，另外一個(gè)跟我個(gè)人的背景情況有關(guān)，我過去是做火力電廠，我從上大學(xué)開始是在清華大學(xué)熱能系，就是鍋爐專業(yè)，從電廠的水開始，一直做熱相關(guān)，后面到斯坦福大學(xué)的熱，以及到后面在美國(guó)工作，也是在英特爾做熱和流體，回國(guó)以后，偶然的進(jìn)入到海水淡化領(lǐng)域，而且今天的題目調(diào)整《環(huán)境溫度熱法海水淡化》，到最后我會(huì)把為什么叫環(huán)境溫度，說一說我當(dāng)時(shí)的一些想法。
首先第一個(gè)說海水淡化這個(gè)行業(yè)，原來不知道，進(jìn)來以后是深深的體會(huì)到海水淡化非常不好做。很大一部分集中在“瓶頸”，進(jìn)入一個(gè)瓶頸的階段，它的瓶頸在于高耗能和高成本，很多東西，尤其到海水淡化真正要用的時(shí)候，用水那段的錢，太便宜，要把供水真正用到10塊、20塊一噸，海水淡化的事業(yè)肯定是蓬勃發(fā)展。但是，我們相比的是，包括上午的南水北調(diào)，花那么多錢，做南水北調(diào)，但是在給水務(wù)公司算成本的時(shí)候，南水北調(diào)工程的錢，它不算。對(duì)他來說，就是拿到水以后在后面的水處理，相對(duì)于海水淡化來說，由于它成本的問題以及耗能的問題，做起來相對(duì)困難。但是從我的背景，從一個(gè)電力系統(tǒng)來看，它的能耗和它的成本，它還有另外的思路去看待海水淡化能耗和成本的問題。
這里就是一個(gè)典型的火力發(fā)電廠的系統(tǒng)，火力發(fā)電廠最后就是產(chǎn)生能量。它的化學(xué)能進(jìn)去，它這里特別值得關(guān)注的是火力發(fā)電廠只有不到50%效率，意味著進(jìn)去200萬千瓦的能量，只能獲得100萬千瓦，另外的能量哪去了呢？另外能量在這里，我們要把能量冷下來，再送到鍋爐加熱。這是一個(gè)很難受的事情，經(jīng)?？嘉覀兊拇髮W(xué)生，為什么一定要先冷，再把它送到鍋爐里去加熱，為什么不直接進(jìn)去，當(dāng)然我們受基本定律的限制，就是我們熱電力學(xué)的限制，所以我們的現(xiàn)實(shí)是每一個(gè)火電廠，一個(gè)100萬千瓦的機(jī)組，它有100萬發(fā)電的機(jī)組，那么它就帶了一個(gè)100萬千瓦煮海的機(jī)組。
比這個(gè)更厲害是核電，核電的效率更低，核電的效率只有30%多一點(diǎn)點(diǎn)，一個(gè)百萬千瓦的核電發(fā)電機(jī)組它同時(shí)自帶了一個(gè)200萬千瓦煮海的機(jī)組，聽起來像是能量的浪費(fèi)，它比浪費(fèi)更嚴(yán)重，因?yàn)樗鼤?huì)直接導(dǎo)致附近海域溫度升高。今年新的海洋環(huán)境保護(hù)法，2018年1月1日開始實(shí)施的，就對(duì)熱污染做了比較嚴(yán)格的規(guī)定，包括它的4度溫升線，2度溫升線，用什么樣的政策，這導(dǎo)致的結(jié)果就是很多已經(jīng)立項(xiàng)的核電站最后不能發(fā)電。所以，能不能給我們200萬千瓦煮海的東西拿來海水淡化，給我們熱法海水淡化，帶來了巨大機(jī)遇，因?yàn)樗膬r(jià)值不是再以海水多少錢一噸來計(jì)算的，而是以一天一千萬的發(fā)電收入來計(jì)算的，所以帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。這跟過去電廠脫硫脫硝，很快就走到了脫熱(一樣)，那么這個(gè)時(shí)候就給海水淡化提供了很重要的用武之地。
另外一個(gè)就是關(guān)于新能源。我們上午的老師們也講了新能源是利用廢熱。我們不必要用它15%發(fā)的電去做海水淡化，而用它85%剩下的熱來做海水淡化，一個(gè)方面，由于我們把它的熱拿走了，半導(dǎo)體的溫度降下去了，那么半導(dǎo)體所有的功率跟溫度相關(guān)，壽命跟溫度相關(guān)，如果能通過把熱拿走，降低太陽能電池板的溫度，一個(gè)方面提升了效率；第二個(gè)方面延長(zhǎng)了它的壽命，減少了它的麻煩；當(dāng)然，第三個(gè)方面，順便的附產(chǎn)品——淡水。當(dāng)然它的挑戰(zhàn)是，這些熱都很接近環(huán)境溫度的廢熱，我們?cè)趺从眠@些熱來做海水淡化。
下面簡(jiǎn)單匯報(bào)下我們課題組做的一些工作，其中我們比較喜歡說的就是——毛細(xì)法，我們的根本思路就是使勁抽水，你把水的壓力降下去了，他的煮水溫度就可以降下去，當(dāng)然你想使勁降壓用中空泵，那是要付出代價(jià)的，那我們就找了一個(gè)它自己可以帶的泵，就是毛細(xì)力，利用像樹一樣的結(jié)構(gòu)，把水從地上抽上來，然后稍微有些溫度的變化，保證有能量供給，它就可以氣化；壓力降低了，它就可以氣化，氣化以后收集起來就是很好的淡水。
這跟我過去的經(jīng)歷有關(guān)，我過去做散熱的，這就是一個(gè)典型的熱管，熱管是大規(guī)模工業(yè)用，包括機(jī)器就有熱管，在CPU和旁邊的散熱器之間，就用熱管來做，它是新力驅(qū)動(dòng)的，在熱的那端發(fā)，在冷的那端冷凝，然后用毛細(xì)力把水拿過來，但是我們知道，冷凝以后的水是非常好的，高品質(zhì)的淡水。我們做的工作就把熱管打開，得到好的水，拿走了，給它補(bǔ)回去的水(補(bǔ)海水)，這整個(gè)就是我們的思路。
下面講一下，我們做的一些例子。第一個(gè)例子就是太陽能，這是我們做的一些小的裝置，上面是一個(gè)太陽能電池板，我們的裝置就在底下，太陽能電池板改下基座就可以，這個(gè)我們可以做到接近每平米每小時(shí)3公斤淡水，如果有一個(gè)100平米的太陽能發(fā)電場(chǎng)地，1000瓦每平米的標(biāo)準(zhǔn)太陽，那就有15000瓦(因?yàn)橹挥?5%)的發(fā)電功率，同時(shí)每小時(shí)每天可以得到300公斤淡水。它一個(gè)方面可以降低太陽能電池板的溫度，可以提高太陽能電池板本身的發(fā)電效率，不占用它的電，這電該怎么用就怎么用，還多給你電，讓壽命再延長(zhǎng)一點(diǎn)，同時(shí)帶來一個(gè)副產(chǎn)品——每天每小時(shí)產(chǎn)3公斤淡水。當(dāng)然這是個(gè)小的，(這個(gè)裝置)對(duì)海洋，對(duì)很多小島上的太陽能電池很有用。另外在火電廠，這是我們做過的在一個(gè)火電廠，在汽輪機(jī)運(yùn)行的平臺(tái)，在火電廠做余熱，電廠的海水只有30多度就可以讓整個(gè)海水淡化系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。其實(shí)我們現(xiàn)在做核電，我們可以說一說，我們?cè)谧鲆粋€(gè)一天100噸的中試系統(tǒng)，為了核電站的熱排放達(dá)標(biāo)，一個(gè)是讓熱被海水淡化“吃掉”，主要是廢物吃掉，讓它每天每臺(tái)百萬千瓦機(jī)組轉(zhuǎn)1000萬，順帶產(chǎn)些水，從五六萬到七八萬不等，這是副產(chǎn)品。
當(dāng)然，在做水的一些過程當(dāng)中，也發(fā)現(xiàn)了一系列新的科學(xué)問題。壓力用毛細(xì)力使勁抽，使勁抽之后第一個(gè)遇到的問題——超真空。什么是超真空？它的第一個(gè)特點(diǎn)是我們可以把壓力抽到絕對(duì)負(fù)值，負(fù)多少帕，而不是說低于多少。不要覺得很奇怪，我們隨便望過去，樹長(zhǎng)到超過4.3米以后，如果長(zhǎng)到20米，水提升4.3米以后，壓力就降到絕對(duì)零，但是它還是水，它可以把水提到樹葉上，最頂上那片樹葉還是水，但是那時(shí)候的壓力一定是低于絕對(duì)零帕。首先是壓力為負(fù)值，另外還發(fā)現(xiàn)很有意思的現(xiàn)象，壓力為負(fù)值的條件下，它的能級(jí)會(huì)比液相甚至更高，所以它會(huì)出現(xiàn)潛熱反號(hào)。平常我們水要從液相變到氣相要吸熱；但是負(fù)壓力條件下，水從液相變成氣相要放熱。另外還有一些比熱跳躍。發(fā)現(xiàn)比熱在零附近，會(huì)將近會(huì)跳一半，水的比熱基本是4.18千焦/千克。但是我們發(fā)現(xiàn)在負(fù)壓力條件下大概在2倍左右。另外是擴(kuò)散。擴(kuò)散會(huì)提高，根據(jù)不同的離子，鉀離子、鈉離子或者氯離子，它的擴(kuò)散系數(shù)會(huì)提高幾倍，就是百分之幾百的增長(zhǎng)。這就是一些全新的現(xiàn)象，當(dāng)我們把水的壓力抽到了一個(gè)以前從來不把它當(dāng)作工業(yè)應(yīng)用的低壓狀態(tài)。
另外一個(gè)就是流動(dòng)問題——分子間流。因?yàn)槲覀冇昧撕苄〉目紫度コ?，因?yàn)槊?xì)力跟孔隙半徑成反比的，孔隙越小，毛細(xì)越大，我們想獲得大的抽新力的同時(shí)我們就降低孔隙，實(shí)際上我們反滲透也有很多這樣的孔隙。那么這些孔隙當(dāng)中，一個(gè)方面可以看到它邊界滑移(它跟你的界面已經(jīng)沒有摩擦了，水出于幾乎固體的狀態(tài)滑過去的，水通量高兩個(gè)數(shù)量級(jí))，另外還有一個(gè)方面是邊界透明(水的流動(dòng)能作用的就是邊界，但是水能夠流到厚度足夠薄的時(shí)候，比如就是石墨烯，在單元層，其作用力會(huì)透過石墨烯，也就是在足夠小的條件下，水分子是可以有一定超距作用的)。這是我們一些關(guān)于實(shí)踐和基礎(chǔ)問題的一些體會(huì)。
最后簡(jiǎn)單小結(jié)，目前我們努力的一個(gè)很大的方向就是利用低溫或者，溫度低到環(huán)境溫度，然后把不想要的一些熱污染去除的同時(shí)獲得淡水資源。兩個(gè)方面，淡水資源很寶貴，去掉熱污染也很重要，雙效益結(jié)合。
謝謝大家！
注：本文根據(jù)武漢大學(xué)胡雪蛟教授在2018工業(yè)園區(qū)海水淡化技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)交流會(huì)題為《環(huán)境溫度熱法海水淡化技術(shù)》的演講整理而成。