一个降雪量异常稀少的冬天再次引发了加利福尼亚州的水资源困境。积雪通常在春季和夏季为该州提供大部分水源，但今年雪量不足，促使州长杰里·布朗实施了永久性节水措施。由于气候变化，这个问题只会越来越糟，官员们对“金州”的水资源未来感到担忧。南加州海滨城市亨廷顿海滩正着眼于长远，投资建设一座新的海水淡化厂，将海水转化为清洁、可饮用的 H2O。虽然该厂的支持者认为这是应对日益严峻的水资源短缺的必要措施，但批评者认为该厂是在浪费纳税人的钱，并敦促官员们更有效地管理水资源。随着气温升高和干旱加剧，这种冲突很可能会在越来越多的沿海城市上演。
这场斗争的核心是海水淡化厂需要巨大的能源，导致其运行成本极高。如果这些能源来自燃烧化石燃料，只会加剧气候变化。能源部 (DOE) 希望通过资助旨在大幅降低使用太阳能从海水中去除盐分成本的研究来避免这个问题。
大多数海水淡化厂，包括正在亨廷顿海滩建设的工厂，都通过膜过滤盐分，这一过程称为反渗透，需要大量能源，因此成本相当高。能源部太阳能技术办公室代理项目经理Avi Shultz解释说，虽然反渗透是海水淡化的最先进技术，“但它仍然不是你生产淡水的首选，因为它很昂贵。”反渗透生产淡水的成本约为每立方米 1.50 美元，“这实在太贵了，无法广泛使用，”他说。在美国，水费平均略高于每立方米 0.50 美元，尽管各地有所不同。
另一种海水淡化方法是热蒸馏。煮沸海水，蒸汽凝结成淡水，留下盐和其他矿物质。不幸的是，这种方法比反渗透的成本更高。需要大量的能源来煮沸足够的水来供应一个城市，所以 Shultz 说，目前美国没有热法海水淡化厂。
如果科学家们能开发出廉价的热源，热法海水淡化就能比反渗透更便宜，甚至可能与井水或水库的水价相当。本着这一目标，能源部 (DOE) 正在为14 个项目投入 2100 万美元，旨在降低使用太阳能驱动热法海水淡化的成本。
通常，当我们想到太阳能时，我们会想到光伏太阳能——屋顶、计算器和手表上闪耀着黑色的面板，它们利用阳光发电。这项倡议侧重于太阳能热发电，它利用阳光产生热量，可用于煮沸水。太阳能热法海水淡化厂有几个优点：它们不需要燃料，不产生空气污染，而且不必连接到电网。
太阳能热法海水淡化并不是一个特别新颖或出色的想法。任何有上进心的五年级学生都可以用家里的零件用阳光净化海水。人们已经这样做了几个世纪。不同的是，现在专家们希望以廉价且大规模地实现这一目标。在大型太阳能热法海水淡化厂，抛物面镜将阳光反射到充满熔盐或其他流体的管道上。熔盐吸收阳光的热量，并将其传递到蒸馏室的底部，用于蒸馏海水。
能源部正通过资助使工艺流程的各个环节更便宜的项目来降低太阳能热法海水淡化的成本。首先，他们考察了旨在减少总能耗的倡议。Shultz 指出了北达科他大学一项旨在净化石油和天然气井的卤水项目。“如果你真的将带有大量溶解盐的水加热并加压，你就可以让水进入所谓的超临界状态。这是一种介于气体和液体之间的物质状态，”Shultz 说。当水达到超临界状态时，“所有的盐都会从中分离出来。”增加压力意味着不需要产生那么多热量来去除盐分。
其次，能源部资助了降低收集和储存太阳能成本的项目。例如，总部位于加州的初创公司Sunvapor正在开发一种可以储存从抛物面镜收集的热量的材料。“如果你有一个足够大的储罐，你就可以全天 24 小时使用太阳能，”Shultz 说。Sunvapor 正在与Horizon Nut合作测试该材料，利用储存的热量烘干和烘烤开心果。
第三，能源部正在资助研究，以使整个系统更好地工作。Shultz 指出了能源部支持的夏威夷自然能源实验室项目，该项目同时利用了太阳能热能和渗透作用，在这种情况下是正向渗透。盐水放在膜的一侧，而“萃取”溶液放在另一侧。水分子从盐水侧穿过到萃取溶液侧。Shultz 说，用太阳能加热现在稀释的萃取溶液，“会自发地促使你专门添加到萃取溶液中的杂质与淡水分离。”
最后，能源部正在资助研究，以确定太阳能热法海水淡化可以在哪里发挥作用。哥伦比亚大学的一个团队正在开发公开可用的软件，该软件将确定哪些太阳能热法海水淡化技术在哪些地点效果最好，因为该工艺取决于可用阳光的量和水的盐度。
整个项目的目标是将海水淡化成本降低到每立方米 0.50 美元左右，远低于反渗透工厂通常的每立方米 1.50 美元。Shultz 说，虽然反渗透目前是更便宜的选择，但太阳能热法海水淡化在达到每立方米 0.50 美元的靶价方面具有更大的潜力，届时它就可以与传统水源竞争。Shultz 解释说，降低反渗透的成本意味着找到一种显著更便宜的电力来源。改进太阳能热法海水淡化会更容易，因为它利用了太阳免费提供的热量。
值得注意的是，高成本不是海水淡化厂广泛部署的唯一障碍。另一个是环境影响。海滨海水淡化厂的进水口会吸入卵、浮游生物和其他小型海洋生物，并将额外的盐水排回海洋，对当地海洋生物造成严重破坏。亨廷顿海滩海水淡化厂的反对者一再提及这些风险。
然而，不久的将来，干旱地区可能需要海水淡化来供应淡水。以色列已经超过一半的水来自海水淡化厂。面对持续的水危机，南非开普敦也采用了海水淡化。现在，加利福尼亚州也在这样做。 necessity being the mother of invention（Necessity is the mother of invention，意为“必要是发明之母”），能源部正努力使海水淡化更便宜、更清洁。下一代太阳能热技术可能是一项变革。
Jeremy Deaton 为 Nexus Media 撰稿，这是一个涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合新闻社。您可以在 @deaton_jeremy 关注他。.
