日前召开的“2022黄河流域新能源创新发展大会”上，哈工大机器人集团（HRG）与平台公司哈工中科产业发展（山东）有限公司的联合研发团队，以其别具一格的创新性技术本色吸引了众多新能源领域的专家和新能源投资商、用户等的关注。

联合研发团队以其创新研发的陶瓷太阳板（以下简称：CSP板）中温集热装备为核心，研究光伏-光热耦合的工程化应用、盐湖卤水连续强制蒸发制盐、制盐尾水制淡水及回收盐、海水淡化、苦咸水淡化、偏远孤岛区域盐水淡化及分布式供暖等五大领域的集成应用技术装备，提出一系列突破光热利用瓶颈的集成解决方案，着力以新能源模式解决世界水资源供应危机，为构建人类命运共同体贡献哈工力量，致力成为“双碳”背景下的“金刚钻”。

那么，哈工大在光热领域已经有哪些前沿的技术呢？CSP板加热盐水技术有何特别之处？“瓷器活”已练就，能成为推动行业发展的“金刚钻”？

哈工大的光热前沿技术

1.一种微结构超薄膜实现水蒸发高效净化

太阳蒸发被认为是一种绿色，可持续的水修复策略，在海水淡化，消毒和淡水生产中具有广泛的应用。水蒸发是水-空气界面的吸热过程，水分子的能量在此过程中进行传输。因此，在水-空气界面处进行局部加热是提高太阳能蒸发的能量效率的有效方法。当前光热材料的关键挑战是将水与挥发性有机化合物（VOC）分离。当前的材料只能通过相变将水与非挥发性污染物分离，而不能以废水中的合成有机物形式存在的挥发性有机化合物以及天然水中微生物代谢产生的生物有机物。污染物可能与水一起蒸发，导致蒸馏水受到二次污染，甚至可能富含蒸馏水。因此，非常需要允许水分子容易渗透但阻止VOCs蒸发的光热材料。

为此，来自哈尔滨工业大学和南洋理工大学等单位的研究人员报道了一种微结构的超薄聚合物膜，该膜能够通过太阳蒸发以90％的VOC去除率从VOC污染物中分离出淡水。相关论文以题为“具有选择性溶液扩散作用的聚合物膜，用于拦截太阳能驱动的水修复过程中的挥发性”发表在顶尖期刊《Advanced Materials》上。

水和挥发性有机化合物与聚合物膜的不同溶液扩散行为促进了它们的分离。此外，由于增加了光吸收，扩大了液-气界面以及缩短了传质距离，膜的微结构和超薄结构有助于平衡渗透选择性和产水量之间的平衡。该膜不仅可以有效地蒸发原型中模拟挥发性污染物，而且还可以拦截天然水源中复杂的挥发性有机污染物，并生产出符合饮用水标准的水。通过实际演示和令人满意的净化性能，这项工作为有效蒸发水修复中的太阳能蒸发的实际应用铺平了道路。

总之，本文报告了通过模板辅助电聚合过程开发的微金字塔结构PPy膜，该膜对水和VOC具有选择性渗透性。在太阳蒸发过程中，VOC的蒸发量达到了90％。 MPS-PPy膜的VOC截留行为归因于其对水和VOC的选择性溶液扩散行为，这已通过仿真和实验结果得到验证。微型金字塔结构不仅减少了光反射，从而提高了MPS-PPy膜的光热效率，而且还增加了空气/ PPy膜界面的面积，从而可以提供更大的表面积来产生蒸汽。

2.光热-热释电共同驱动FeS2/Bi2S3复合体系全光谱产氢

为了充分利用太阳能，开发全光谱光催化剂成为人们关注的焦点。近日，哈尔滨工业大学孙净雪副教授利用光热和热电的协同效应设计并开发了中空的 FeS2 /Bi2S3光催化剂以增强光催化析氢。这是首次利用光热效应产生的热量与冷光催化体系之间的ΔT为热释电效应提供驱动力。

FeS2充分利用近红外光 (NIR) 进行热生成，为Bi2S3 的热电效应提供热端，循环冷凝水作为热电效应的冷端。Bi2S3在ΔT波动的影响下会引起自发极化并产生热电效应，使其释放表面的电荷， 从而控制FeS2纳米粒子中载流子的迁移方向和速率。表面功函数和COMSOL数值模拟结果表明，光催化效率的提高是由于较低的表面功函数和较高的热电势。FeS2 /Bi2S3 产氢效率高达16.8 mmol g-1 h-1并具有良好的循环稳定性。该研究为新型全光谱光催化剂的设计和构建提供了新的见解。

本工作构建了光热-热释电-光催化中空FeS2/Bi2S3复合体系。在模拟太阳光下，光热与热电效应的协同作用增强了光催化析氢活性。FeS2纳米粒子吸收光能并将其转化为热量，作为热释电效应的热端，光催化体系作为热释电效应的冷端。

Bi2S3在温度波动条件下引起自发极化，会在纳米粒子两端产生等量异种电荷。从而控制FeS2纳米球中载流子的迁移方向，抑制载流子的复合。这是首次利用光热效应产生的热量与冷光催化系统之间的ΔT为热释电效应提供驱动力。在此过程中，载流子迁移率显著加快，载流子寿命延长。FeS2/Bi2S3光催化析氢效率高达为16.8 mmol·g-1·h-1，是纯FeS2析氢效率的32.4倍。这项工作有效提高了太阳能的利用率并具有解决能源问题的巨大潜力。

3.电致变色技术完成我国首次空间验证

哈尔滨工业大学于去年10月22日发布消息，该校航天学院复合材料与结构研究所研制的无机全固态电致变色器件完成空间性能与功能验证，这是我国首次开展电致变色技术在空间环境下的性能验证。

哈工大航天学院复合材料与结构研究所团队长期从事光热调控功能复合材料及应用研究，包括电致变色、热致变色和仿生光热调控超构材料等。

此次搭载的电致变色器件于10月14日搭乘交通VDES卫星，由长征二号丁型火箭发射进入预定轨道。

本次搭载成功验证了电致变色技术在空间多维应力场下的光和热的调控能力，为未来航天器的智能化热控奠定基础。

同时，也标志着我国电致变色技术在空间应用领域发展走向了一个新阶段。

CSP板加热盐水的热效率约为光伏板4倍

“从加热盐水而言，CSP板直接吸收太阳能加热盐水的热效率远高于光伏板。”哈工中科产业发展（山东）有限公司总经理、项目负责人、高级工程师尹戈介绍，每平方米光伏板热电转换效率约21%，产生的电可将约11.5公斤盐水提温10℃，而每平方米CSP板吸热效率93%，可将约51公斤盐水提温10℃。

每平方米CSP板太阳能直接加热盐水与4.3平方光伏板发电加热盐水效果相同。不仅如此，CSP板相较光伏板在造价上也有较大优势。

尹戈介绍，化工级CSP板属于“采用精制的高纯、超细的无机化合物为原料及先进的制备工艺技术制造出的性能优异的产品”范畴，属于“新材料”的重要分支。

哈工研发团队采用陶瓷太阳板专利许可技术，自主研发的化工级CSP板，采用优质微铁、高铝优质白瓷泥为原料，内部采用沉降釉层；干胚表面喷涂特种吸热涂料后，采取1200℃-1250℃高温烧结，成品CSP板含水率低于0.1%。

“板材内部含水多，或者原料含有不良杂质，势必就会从内部侵害整体的结构强度以及降低对中温盐水的抗腐蚀能力。”CSP板有抗各种高盐液腐蚀的特性，如钠盐、钾盐、镁盐、锂盐、铯盐、铷盐等无机盐，并且可在140摄氏度的中温环境下抵抗高盐腐蚀。

此外，由于产品应用地区普遍温差大，CSP板中温集热系统采用了特殊的滞后散热、保热专利技术。

CSP板独特的无机吸热层，与板体一体化高温烧成，可长时间抵御如藏北、撒哈拉沙漠等地区高强度太阳辐射；CSP板还具有耐冲刷、耐磨、不易结垢、耐水压等优势。

CSP板可以替代大量的钛合金、铜镍合金、巴氏合金等贵金属材料。

“在高强太阳辐射及存在盐雾气相腐蚀条件下，CSP板中温集热系统稳定长期运行时间大于35年。按波兰国家科学院鉴定报告，CSP板的寿命可达100年以上。”尹戈介绍。

“瓷器活”已练就，能成为推动行业发展的“金刚钻”？

据介绍，化工级CSP板中温盐水集热技术及盐水两段热自耦合蒸发浓缩技术，为中国本土的原创技术，在世界范围内尚无应用范例，因此具有广阔的市场应用场景。基于化工级CSP板的应用，将产生大量原创性、系统性的专利。

国务院发布的《“十三五”国家科技创新规划》提出，研究盐湖综合利用、非金属资源高值化等重要战略资源保护开发技术。科技部通过国家重点研发计划“深地资源勘查开采”重点专项设立“盐湖资源开采与综合利用关键技术研究与示范”项目。

“我国盐湖中锂资源占全国锂总量的80%，2030年，我国锂规划产能100万吨，而盐湖中的锂平均浓度仅为300毫克左右。"尹戈介绍，目前盐湖制盐、提锂行业均为盐田晒盐，占地大、周期长、效率低、产能低、地下渗漏等问题突出，盐卤中大量水无法回收；而制盐、提锂过程需要补充大量的淡水资源，又产生的制盐尾水。同时，制盐尾水中一些矿物资源也无法有效回收利用。

盐湖资源开采和利用需要大量能源，采用光伏光热耦合技术，直接加热盐水至一定温度并进行强制连续的蒸发浓缩，既得到钾钠镁盐，又可回收淡水，并得到富含锂得浓缩液。而制盐产生得大量尾水再进行资源化处理，得到淡水及回收盐卤。整个过程产生大量富裕淡水，可用于盐湖周边区域的农林牧渔的发展及盐湖的生态平衡。

此外，采用多介质集热储能技术，配套ORC低温发电系统，还可满足整个过程连续、安全运转需要的电力，实现制盐全周期0碳（低碳）0排放的绿色循环经济模式。利用建在荒漠地上的CSP板集热阵底部建筑空间及盐水优势，还可发展盐水生物养殖产业链，如卤虫、蓝藻、盐水虾等品种。

基于上文中CSP板中温集热系统，吸收太阳能，可以直接将淡水、导热油、乙二醇、空气、卤水、老卤、尾水、苦咸水、空气等介质，加热至120℃至145℃，在我国青海、西藏、新疆等地区以及国外中东、非洲、南美洲、中亚、印度、澳大利亚、美国等太阳高辐射区域有广泛引用前景。

”新疆罗布泊是中国最大的钾盐基地，由于缺乏淡水资源，无法对制盐老卤进行提锂盐、及硼溴铯盐，经过十余年发展，已形成了巨大的卤水湖”尹戈介绍，按上述所说的盐湖制盐模式，可以将罗布泊卤水湖变成淡水湖，并产生巨大的生态、社会、经济效益。

“塔里木盆地有众多的古城、有庞大的油气矿产资源、有数条穿越塔漠的公路、有闻名于世的环塔汽车拉力赛、有防沙绿化带、有棉花瓜果种植、有和田玉、有沙漠旅游资源”尹戈介绍，利用新疆古河道下部的苦咸水，制出淡水，结合新疆自治区规划，可以形成“环塔经济带”，极大的促进新疆的发展。

“中东区域石油经济发达，但地下水资源不足1.3%，海水淡化是该区域国家发展的重要支撑。迪拜占地100平方公里的太阳能谷，已完成世界各种技术的太阳能装置的建设，完全依赖太阳能的海水淡化厂，尚处于探讨阶段”尹戈介绍，随着中国尾水、苦咸水的全太阳能淡化示范装置的建设，中国具有独立知识产权的CSP板中温集热0碳太阳能海水淡化技术装备有望走出国门。

“解决我国西北、青藏高原的小城镇及牧民点，海岛、军营等偏远区域的饮用水及冬季采暖问题，是我们哈工研发团队的责任和荣耀”，尹戈介绍说，哈工科研团队已着手研制基于光伏光热耦合及自热耦合的淡化水成套机组系列产品。

尾声

当前，哈工中科产业发展（山东）有限公司已试生产出化工级CSP板，并且结合化工、新能源行业，创新研究出盐湖制盐及尾水淡化、苦咸水淡化、海水淡化、分布式淡水供应及冬季采暖等一系列综合解决方案。该公司致力成为世界太阳能盐水资源化处理行业集成解决方案的优秀供应商，如今“瓷器活”已练就，正加快推进示范项目落地，欲把新能源技术转化为推动行业发展的“金刚钻”。

来源：大众日报，材料material，邃瞳科学云，中国新闻网