楊亞威（右一）和團隊成員交流。 （于忠虎 呂聰 攝）

太陽能是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，具有來源廣泛、清潔無害、可持續(xù)等特點。其通過光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換，可以轉(zhuǎn)化為熱能、電能等，在現(xiàn)實生活中的應用越來越廣泛。除了常見的光伏發(fā)電、太陽能電池、太陽能熱水器等，太陽能還可以用來做什么？

半導體光催化劑吸收太陽光，可以凈化水質(zhì)，用于人工湖、漁業(yè)養(yǎng)殖水體等的治理；利用太陽能光熱，實現(xiàn)水蒸發(fā)和鹽析出分離，將海水變成飲用級淡水，還能高效提鹽脫鹽……“90后”副教授楊亞威及其團隊對太陽能技術(shù)展開創(chuàng)新研究，系列研發(fā)成果叫人大開眼界。

創(chuàng)業(yè)夢圓

科研成果從“實驗室”走向“生產(chǎn)線”

“這款產(chǎn)品可以再改進一下，海上風浪大、底座要牢固，體積也可以再小點，方便安裝和使用……”近日，記者來到中國西部科技創(chuàng)新港“秦·港孵化器”，西安交通大學楊亞威副教授和他的團隊正在溝通新產(chǎn)品——集熱管式太陽能界面蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)的改進事宜。

記者注意到楊亞威身邊的團隊成員都很年輕。或是看出記者的疑惑，楊亞威笑著說：“他們是我的學生，有的還是在讀博士，帶他們參與這些項目，是鍛煉他們，以后做學術(shù)研究可以少走彎路。”

楊亞威對學生的用心良苦與自身創(chuàng)業(yè)經(jīng)歷有關(guān)。“把科研成果從‘書架’搬到‘貨架’，一路走來，很不容易。”楊亞威感慨道。

楊亞威今年33歲，2019年從西安交通大學電子學博士畢業(yè)。整個研究生學習階段，他從事的都是太陽能光催化微污染水體治理和太陽能光熱界面蒸發(fā)水鹽分離技術(shù)的研究，曾發(fā)表論文70余篇。但他始終覺得，“紙上得來終覺淺”，科研成果只有真正轉(zhuǎn)化落地到現(xiàn)實場景，社會價值才能得到體現(xiàn)。另一方面，他心里又直打鼓：自己常年在學校搞科研，對市場完全不懂，要把科研成果變成產(chǎn)品，談何容易？

就在楊亞威踟躕不前之時，2021年3月，陜西省啟動秦創(chuàng)原創(chuàng)新驅(qū)動平臺建設(shè)，各類科創(chuàng)政策接踵而至。借著秦創(chuàng)原和“三項改革”的“東風”，楊亞威的創(chuàng)業(yè)夢想照進現(xiàn)實。同年8月，國內(nèi)首家致力于太陽能零碳治水技術(shù)推廣和應用的科技型企業(yè)——西安秦盛豐科技有限公司在西咸新區(qū)能源金貿(mào)區(qū)注冊成立。作為技術(shù)負責人，楊亞威有了大展拳腳的機會。

“在西安交通大學國家技術(shù)轉(zhuǎn)移中心技術(shù)經(jīng)理人的幫助下，我們拿到了秦創(chuàng)原春種基金100萬元的支持，入選秦創(chuàng)原首批‘科學家+工程師’隊伍。”楊亞威說，3年來，在西咸新區(qū)能源金貿(mào)區(qū)政策、資金、資源對接等的全方位支持下，企業(yè)快速發(fā)展，多項科研成果從“實驗室”走向“生產(chǎn)線”。

國內(nèi)首創(chuàng)

曬曬太陽微污染水體就能改善水質(zhì)

“今年7月，太陽能光催化微污染水體治理技術(shù)和產(chǎn)品榮獲中國發(fā)明協(xié)會發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎·創(chuàng)新獎二等獎。這個月，又斬獲了中國國際大學生創(chuàng)新大賽（2024）全國總決賽金獎。”楊亞威拿起一塊白色薄板，自豪地說。

楊亞威告訴記者，這塊不起眼的薄板正是他們的核心技術(shù)和產(chǎn)品，屬于國內(nèi)首創(chuàng)。所謂太陽能光催化微污染水體治理技術(shù)是將半導體光催化劑負載于載體上，懸浮于水面。吸收太陽光后，半導體光催化劑產(chǎn)生活性自由基，可以分解微污染水體中氮磷等有機污染物，使主要污染物指標全面下降，對于綠藻的殺滅效果尤其明顯，可用于漁業(yè)養(yǎng)殖水體、城市景觀水體、農(nóng)村黑臭水體、水源地等的原位治理。

“拿漁業(yè)養(yǎng)殖來說，為維持水質(zhì)清潔、保證魚類健康生長，常見的做法就是循環(huán)換水以及投放化學藥劑處理尾水。一方面，會造成水資源的大量浪費；另一方面，使用化學藥劑也容易造成二次污染、危害水生生物。而且，頻繁換水，也會導致水質(zhì)反復變化，引發(fā)魚類應激，給漁民帶來損失。”楊亞威介紹，該技術(shù)和產(chǎn)品最核心的是為漁業(yè)養(yǎng)殖提供了一種水體原位治理的新范式，即從循環(huán)水養(yǎng)殖-尾水處理轉(zhuǎn)變?yōu)殪o態(tài)水養(yǎng)殖-零尾水，構(gòu)建名貴魚種養(yǎng)殖所需的穩(wěn)定高水質(zhì)條件。

“使用我們的產(chǎn)品，只占用魚塘20%左右的水域面積，懸浮于水面，曬曬太陽即可原位凈化水質(zhì)，無需使用電力、化學藥劑、生物劑等其他能源和材料，就可維持水體長效清澈、達標，在減少換水頻率的同時，大大提高魚的存活率。”楊亞威說，不只是漁業(yè)養(yǎng)殖，該技術(shù)在城市景觀水體治理上一樣適用，既能凈化水質(zhì)，也能抑制藻類的滋生。

目前，楊亞威等人研發(fā)的太陽能光催化原位生態(tài)凈水模塊和凈水網(wǎng)兩款產(chǎn)品已在福建南平漁業(yè)養(yǎng)殖和城市人工湖推廣應用。今年7月，中國漁業(yè)協(xié)會評價“該技術(shù)填補了我國太陽能養(yǎng)殖水體治理技術(shù)的空白，減少了自然水資源的使用和養(yǎng)殖尾水的排放，為水產(chǎn)養(yǎng)殖提供了新的技術(shù)解決方案，將支持該項技術(shù)在全國范圍的推廣應用”。

給點陽光

海水變成飲用水還能高效提鹽脫鹽

一根高50公分的咖色管子，曬一天太陽，就能獲得1升飲用級淡水。有了它，出海捕魚、海上平臺作業(yè)，再也不用為出門帶多少飲用水、帶多了增加船的載重、帶少了不夠喝而犯愁。

這是楊亞威及其團隊的另一項核心技術(shù)——太陽能光熱界面蒸發(fā)水鹽分離技術(shù)。將太陽能光熱聚集在表層水，無需加熱整個水體即可快速使水分子蒸發(fā)，同時將鹽離子分離，實現(xiàn)水蒸發(fā)和鹽析出分離。

“這項技術(shù)的創(chuàng)新在于，僅使用太陽能就能從海水中獲取飲用級淡水，也可快速脫鹽，實現(xiàn)鹽水提鹽。”楊亞威講，基于該項技術(shù)，他們形成了兩款產(chǎn)品——集熱管式太陽能界面蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)和光-風-熱多能耦合蒸發(fā)的濃鹽水脫鹽系統(tǒng)。

其中，集熱管式太陽能界面蒸發(fā)海水淡化系統(tǒng)已完成第一代產(chǎn)品的設(shè)計，正在進行最后的測試和優(yōu)化。該產(chǎn)品通過真空集熱管吸收太陽能產(chǎn)熱，驅(qū)動內(nèi)部鹽水進行界面蒸發(fā)，冷凝后即可獲得飲用級淡水。

光-風-熱多能耦合蒸發(fā)的濃鹽水脫鹽系統(tǒng)，是太陽能、風能、環(huán)境熱能耦合驅(qū)動高鹽廢水進行界面蒸發(fā)，蒸汽逸出后，過飽和濃鹽水逐漸在下方結(jié)晶析出。而鹽結(jié)晶產(chǎn)物可回收作為融雪劑等生產(chǎn)原料。主要用于鹽水提鹽、化工高鹽廢水脫鹽等。目前，該產(chǎn)品已在寧夏寧東某化工企業(yè)推廣。“高效節(jié)能是這款產(chǎn)品的最大優(yōu)勢。在海水提鹽上，我們比常規(guī)日曬蒸發(fā)快十倍以上。在高鹽廢水脫鹽方面，與傳統(tǒng)三效蒸發(fā)結(jié)晶方式需要消耗大量電能不同的是，我們僅使用太陽能和風能就能快速脫鹽，且設(shè)備運行中不會產(chǎn)生任何污染排放。”楊亞威說。

楊亞威表示，也是通過該產(chǎn)品在市場的推廣應用，他更加認識到產(chǎn)學研用深度融合的重要性。“最初開發(fā)的產(chǎn)品主要利用太陽能，但拿到企業(yè)后發(fā)現(xiàn)當?shù)仫L很大，而太陽能只能在白天工作。我們又進行了改進，在太陽能基礎(chǔ)上加入風能驅(qū)動，設(shè)備可以24小時運轉(zhuǎn)。”

“實踐是檢驗理論的唯一途徑。通過實踐，才能在具體的場景中驗證理論的可行性，發(fā)現(xiàn)理論的局限性，并在實踐中得到修正和完善，才能不斷推進科研成果的創(chuàng)新。”據(jù)了解，截至目前，楊亞威及其團隊已取得專利10余項。楊亞威個人主持多個國家級省部級研究項目，并入選了西安市科協(xié)青年人才托舉計劃、“西安英才計劃”青年人才項目、西咸新區(qū)“秦創(chuàng)原創(chuàng)新人才”等。

“依托秦創(chuàng)原創(chuàng)新驅(qū)動平臺，我們會繼續(xù)加快科研成果轉(zhuǎn)化落地，讓更多人感受到太陽能的魔力以及帶給未來生活的無限可能。”楊亞威說。