科學通報 | 界面光熱綠色蒸汽驅動低碳創新

在“雙碳”目標指引下，尋找可持續、低碳、高效的資源獲取方式，成為全球科技創新的關鍵方向。近日，南京大學朱嘉教授、宋琰助理教授團隊撰寫的評述文章“界面光熱綠色蒸汽驅動低碳創新”發表于《科學通報》“雙清論壇專欄”，系統梳理了綠色蒸汽在能源、資源、水、農業與健康等領域的最新研究進展，并提出了綠色蒸汽作為“低碳基礎設施”的創新發展路徑。

界面光熱：綠色蒸汽的高效生成路徑

太陽能界面蒸發技術是一種通過將光熱轉換過程局域在氣-液界面實現高效蒸發的新興手段。相較于傳統體相加熱，其具備能量集中、熱損少、操作簡便等優勢。在自然光照條件下，其太陽能-蒸汽轉換效率可達92.5%，已接近熱力學極限。

這一過程所生成的蒸汽，被稱為“綠色蒸汽”——其以太陽能為唯一驅動力，具備零碳排、無污染、易部署的特點，已在水處理、農業灌溉、醫療滅菌、資源提取、能源生產等領域展現出廣泛的應用潛力。

技術進展：從“凈水”到“資源協同獲取”

本篇評述指出，綠色蒸汽技術已從最初的太陽能凈水，拓展至“水-電-食物-能源”多領域的協同發展。在飲用水制備方面，研究者開發了從單級、倒置式到多級蒸發冷凝系統，并引入光熱膜分離、自然氣流驅動與仿生結構等創新手段，顯著提升了產水效率與應用場景的靈活性。在農業灌溉方面，綠色蒸汽為淡水匱乏地區帶來食物解決方案，且對水質要求較低的農業用水場景極具適配性。文章還介紹了光譜協同利用策略——將可見光用于植物光合，紅外光用于蒸發產水，實現農業用地和太陽能的“雙重利用”。在清潔能源生產方面，綠色蒸汽可與熱電、熱電化學、電池儲能或光伏等模塊集成，構建水-電聯產系統。在醫療健康方面，綠色蒸汽高溫特性使其可用于高效滅菌，尤其在無電力接入的偏遠地區具有重要意義。研究團隊還探討了光熱-催化或金屬離子協同殺菌的新策略。在資源開發領域，綠色蒸汽能夠驅動納濾、吸附等過程，為鹽湖提鋰、海水提鈾等提供綠色解決方案。

發展展望：“綠色蒸汽+”的多能協同新范式

面對系統能效低、空間利用率不高、基礎設施復雜等挑戰，研究團隊提出了“綠色蒸汽+”多能協同發展戰略，倡導將綠色蒸汽與光伏發電、儲能、碳捕集、風能利用等技術集成，實現：

1.光譜協同調控：全波段高效利用太陽能；

2.多能耦合聯產：淡水、能源、作物等協同輸出；

3.分布式低碳系統：適應不同場景的模塊化設計。

這不僅提升了太陽能的綜合利用效率，也為全球綠色低碳發展提供了可推廣、可落地的解決方案。

研究團隊與支持

本評述由南京大學趙鑫如研究生、宋琰助理教授與朱嘉教授合作完成。該工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、關鍵地球物質循環前沿科學中心'GeoX'交叉項目、江蘇省自然科學基金資助的支持。

文章信息

趙鑫如,宋琰*,朱嘉*. 界面光熱綠色蒸汽驅動低碳創新. 科學通報, 2026, 71: 182–199.

doi: 10.1360/CSB-2025-0669

轉載、投稿請留言

| 關注科學通報 | 了解科學前沿