洛克希德·马丁公司希望利用石墨烯将海水转化为饮用水

洛克希德·马丁公司的一项新项目有望以低成本、轻松地将海水转化为饮用水。
当水分子(红色和白色)以及钠离子和氯离子(绿色和紫色)遇到一张具有合适尺寸孔洞的石墨烯片(淡蓝色,中心)时,水分子会通过,而盐中的钠和氯则被阻挡。David Cohen-Tanugi/MIT

在地球上找到安全的饮用水出奇地困难——尽管这个星球覆盖着水。洛克希德·马丁公司的一项新项目希望改变这一点,并且要以低成本实现。通过使用石墨烯过滤器,洛克希德公司希望在年底前将海水转化为饮用水。

时机再好不过了。消除水资源短缺是联合国千年发展目标之一。但这并非易事:虽然地球上的淡水足够每个人饮用,但分布并不均匀,而要解决这种分布问题是一项艰巨的任务。对于居住在离海岸一百英里范围内占世界人口的44%的人口来说,能够将海水淡化的技术是一种重要的替代方案。

海水淡化——即去除水中盐分使其可饮用的过程——已经使用了数千年。一个问题是:从海水中去除盐分比从淡水开始更低效,而且成本也高得多。当一个国家依赖海水淡化来获取大部分水源时,通常是因为它拥有巨量的石油收入且别无选择。虽然成本正在下降,但步伐缓慢,而且大规模的海水淡化项目对世界上许多地区来说仍然成本高昂。近期一项规模较大的尝试是北江电厂和海水淡化厂,耗资 41 亿美元。

古代的海水淡化方法包括简易过滤器和收集沸水产生的蒸汽,这一做法如今已在工业规模上得到改进。但是,同样,能源成本巨大——古代航海者在海上的船上烧水以维持一天所需的水量是一回事,而为数以万计的城市居民的日常用水需求提供保障则是另一回事。一些海水淡化厂仍然从在一个大腔室中煮沸海水开始。一旦蒸汽从盐分中蒸发出来,它会在腔室顶部冷却并冷凝,然后流入水箱进行进一步过滤。煮沸和冷却同一水需要能源,这使得整个过程效率低下。大规模操作的一种更受欢迎的替代方法是反渗透。在反渗透过程中,水在高压下通过一个又一个的过滤器,希望每次都能去除更多的盐分。让水通过这些过滤器是该过程中最耗能的部分,过滤器越薄,所需的压力就越小。

洛克希德公司提出的海水淡化项目通过石墨烯进行过滤,这种材料已经被誉为现代奇迹。它比钢铁强一千倍,而且只有原子那么厚。去年七月,《大众科学》杂志曾报道其在水过滤方面的潜力。将海水通过宽度仅为一纳米的微小孔洞,过滤器会让水分子通过,同时阻止构成盐的原子通过。这些过滤器能耗更低,过滤效果更好。洛克希德公司预计将在 2013 年底推出原型过滤器

 

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Kelsey D. Atherton

科技领域特约撰稿人

Kelsey D. Atherton 是一名军事技术记者,自 2013 年起为《大众科学》供稿。他报道无人机器人和其他无人机、通信系统、核企业以及用于规划、发动和缓解战争的技术。


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