这种节能的海水淡化系统在不使用化学添加剂的情况下，生产淡水并将残留的盐分转化为有用材料。联合国估计，22亿人缺乏安全管理的饮用水，从加利福尼亚到中东的社区依赖海水淡化厂将海水转化为淡水。常见的淡化技术，如反渗透和热蒸馏，能耗高，需要对水进行前处理和后处理，并留下被称为盐水的浓缩副产品。当盐水副产品返回海洋时，会通过提高盐度和降低水中氧气水平对海洋生物造成严重伤害。但罗切斯特大学开发的一个新方法提供了一种克服这些缺点的解决方案。罗切斯特大学光学研究所的研究人员开发了一种新的太阳能热淡化工艺，以一种节能的方式生产淡水，不留下盐水，也不需要化学添加剂来预处理水。由光学和物理学教授、罗切斯特大学激光能量实验室高级科学家郭春雷领导的团队在《光：科学与应用》上发表了他们的方法。太阳能驱动解决方案：研究人员开发了一种太阳能驱动的海水淡化装置，具有激光蚀刻的超吸水黑金属（右）。与现有的太阳能淡化系统（左）不同，郭教授的设计防止盐和矿物质积聚堵塞表面（罗切斯特大学照片 / J. Adam Fenster）。该技术使用由黑金属制成的太阳能电池板，并用飞秒激光蚀刻，使表面具有超强的光吸收性和超强的吸水性——或对水极具吸引力。这些面板具有激光处理的活跃区域，能够在表面上拉动一层薄薄的水，吸收几乎所有的太阳辐射，蒸馏水分，并将剩余的盐分和矿物质沉积在面板的未处理侧或“被动”区域，以防止盐分堵塞活跃区域，干扰连续的淡化过程。利用“咖啡环”效应，郭教授表示，其他研究人员已经开发出在实验室实验中表现良好的太阳能热淡化技术，这些实验使用的模拟海水仅由水和氯化钠组成。随着水分蒸发，氯化钠以颗粒状和多孔的方式结晶，允许水通过以溶解盐分。而太阳能电池板则可以轻松清洗。但实际的海洋水具有更复杂的成分，这些系统在现场测试时往往会遇到问题。与氯化钠不同，海水中许多其他成分，如镁和钙基材料，会在太阳能电池板表面以结块和非多孔的方式结晶，从而堵塞其表面。最终，水分将无法渗透。这与洗澡时喷头随着时间而堵塞或茶壶上结垢是同一种现象，只是海水的盐分是自来水的数百倍。“从地球中提取锂在能源和环境方面都是很有压力的，因此直接从盐水中提取锂将是一条非常重要的未来道路。”为了防止他们的太阳能电池板表面同样变得堵塞，郭教授的团队精确蚀刻了黑金属的槽，使海水中的各种盐分和矿物质能够轻松脱落。他们还利用了一个困扰笨拙的咖啡爱好者数百年的物理现象：“咖啡环效应”。“如果你在某个表面上洒上咖啡，最终水分会蒸发，外缘会留下一个环，里面是浓缩的咖啡颗粒，”郭教授说。“我们利用这个原理将盐分推进被动区域。”测试他们的太阳能热淡化技术时，郭教授和他的团队使用了来自太平洋、大西洋和印度洋的水样，成功使表面自我清洁。换句话说，它提取淡水并将剩余的盐分引导到被动区域，以便后续收集而不会降低面板的效率。水，转变：海水、大盐湖水、硫酸镍、氯化铜废水和淡化水的样本，以及回收的盐分，展示了罗切斯特大学研究人员开发的新方法如何将自然水和工业水转变为淡水和可再利用的矿物质。（罗切斯特大学照片 / J. Adam Fenster）将废物转化为资源，这种新淡化方法的一个明显优势是，几乎100%的盐分以固体形式提取，而不是留下需要处理或处理的盐水。这不仅可以产生丰富的食盐供应，还可以提取更珍贵的矿物质，包括锂，后者用于为电动汽车和其他电子设备提供电力的锂离子电池。