近日，任南琪院士贺诗欣教授团队在著名学术期刊Nature Water上发表了题为“An integrated system with functions of solar-desalination, power generation and crop irrigation”的论文。该论文提出了海水淡化-发电-栽培（DPC）三位一体的集成系统，其通过太阳能可以获得淡水、电能和作物栽培介质。DPC系统提取了在淡化过程中的海洋盐差能；通过农业集成平台，利用系统排水进行小麦种植，从而实现了太阳能、海洋能和陆地能的无缝结合。基于清洁水-能源-食品的联系，该综合系统具有太阳能脱盐、发电和作物灌溉功能，是符合可持续发展的宝贵战略。
气候变暖是当今世界最紧迫的挑战，最终将导致能源危机和水资源短缺。海洋蕴藏着巨大的水资源，可以从中提取淡水来满足人类的需求。太阳能海水淡化是一种有效的海水净化方法，目前已开发出许多基于碳材料、金属纳米颗粒和等离子材料的光热蒸发器用于生产清洁水。然而，这一过程不仅能从海洋中提取饮用水，还能从高盐度海水中提取清洁的盐梯度能。
基于反电渗析（RED）的盐差能提取需要保持足够的浓度梯度以提高发电量，因此既要考虑蒸发，又要考虑离子迁移导致的盐浓度变化，这就需要对系统水循环进行合理设计。采用这一策略的完整水循环设计可提供清洁水、电力和作物灌溉，从而形成一个通过海水淡化收集清洁水，并通过 RED 从海水中提取能源的纽带。这一策略可为电力、清洁水甚至灌溉水短缺的地区提供可持续的能源和水，因此将极大地促进能源安全与人类福祉之间的联系和互动。
本研究基于清洁水-能源-食品的联系开发了一个可扩展的高效海水淡化-电力-栽培（DPC）三位一体系统。海水淡化过程提高了蒸发器下方海水的盐度，并可通过 RED 提取盐差能。因此，DPC 三位一体系统可在全天候运行条件下持续输出。重要的是，DCP系统的效率与传统的盐差能提取相比要高出约 2.5倍。此外，系统排水还可用于作物栽培，不会产生二次污染物。这项技术有望为缓解全球水/能源短缺问题提供可行的解决方案，并继续推动全球实现可持续发展和碳达峰/碳中和的目标。
实验室贺诗欣教授为论文的通讯作者，哈工大博士生王蒙为第一作者。
