长安区特种鱼养殖鱼塘的太阳能光催化原位生态净水模块。(西安交大供图)

杨亚威在研究半导体光催化机理。(西安交大供图)

西藏自治区山南市曲松县太阳能供暖项目。(西安建大供图)

 ■记者 任娜

 太阳能作为可再生能源,其应用日益广泛。近日,西安交大90后副教授杨亚威及其团队的太阳能技术创新研究成果,让太阳能焕发出了全新的“魔力”:从太阳能光催化净化水质,到光热界面蒸发、水盐分离技术,到海水淡化化工、高盐废水脱盐,科研成果从实验室走向了生产线,展现出了太阳能的巨大潜力。

 此次技术突破只是一个缩影。西安正以“技术创新”为核心抓手,持续探索新能源与多领域的前沿交叉融合,逐步走出一条具有特色的新能源应用创新之路。

 小鱼塘迎来光催化净水“卫士”

 初秋的秦岭北麓山下,阳光洒在一处特种鱼养殖鱼塘上,波光潋滟。其中有块鱼塘水面上整齐“漂浮”着一些白色模块,由这些模块连起来组成了一张“网”,正随水波轻轻晃动——这便是西安交通大学杨亚威团队研发的太阳能光催化原位生态净水模块与净水网,正在长安区这家养殖鱼塘开展首次试验应用。

 “模块是今年6月份安装的,在一个面积较小的鱼塘里,你看,它‘悠闲的晒太阳’吸收太阳光,就能分解水里的氮磷等有机物污染物。”鱼塘负责人张先生蹲在塘边随手掬起一捧水说:“和往年同一时段相比,参与试验的这块鱼塘水清亮得能看见鱼游,不用频繁换水,鱼的活跃度也高了,着实省去不少麻烦!”

 在试验现场一侧,西安交大技术团队的检测仪实时记录试验数据。“西北内陆鱼塘的特点是蒸发量大、水资源紧张,且水体循环慢,污染物易堆积。”团队一名工作人员告诉记者,净水模块和净水网专门针对这里的气温、湿度等条件,对实验模块相关参数做了调整,即使在早晚光照较弱时,也能保持净化效率,“目前监测数据显示,鱼塘氨氮含量下降了30%,透明度提升近50%,完全能满足鱼类生长需求。”

 “这模块占多少水面?冬天结冰会不会冻坏?”前来参观的一名鱼塘经营者问。技术人员现场掀开一块模块展示:“模块只占20%水面,冬天能拆卸收纳,明年春天再铺,一次投入能用上好几年,比反复换水划算多了。”

 据介绍,此次试验是该技术继福建一家渔业基地应用后,首次在西北内陆地区落地。杨亚威表示,若试验成功,该技术将为西北内陆鱼塘提供“零电力、零药剂、低耗水”的水质解决方案,助力干旱地区水产养殖绿色发展。

 实验室里“解密”神奇白色模块

 这些魔力小模块是什么材质?科研人员施了什么“魔法”,让它们躺在水面“晒太阳”就能净化水体?

 在西安交大曲江校区一间实验室里,实验装置水体中悬浮着白色模块,下方的金鱼自由游动,水体看起来很清亮,一名年轻的科研人员正在监测其运行数据。

 “这几个都是实验装置,水上层悬浮的就是我手中拿的模块,这些模块的基底是陶瓷,上面的涂层就是半导体催化剂。模块依托浮子悬停在水中,半导体催化剂吸收太阳光后,产生氧化活性物质,可以分解渔业水体中各类有机污染物,改善水质。”杨亚威手中拿着一块不起眼的白色薄板说,这项太阳能光催化微污染水体治理技术和产品,是团队核心技术,属于国内首创。

 据介绍,半导体光催化技术作为一种绿色、可持续的技术,能够利用太阳能将水分解为氢气、还原二氧化碳为燃料以及降解有机污染物等。杨亚威团队这项太阳能光催化微污染水体治理技术,正是依托这项技术,为渔业水体治理提供了一种全新的绿色方案,既可以在养殖池中原位使用净化水质,也可以在尾水池中使用降低主要污染物指标。

 目前,其核心产品模块化太阳能净水网、定制图形化太阳能净水模块已经有了生产线,将来一定会有更多的“用武之地”,成为景观池、湖泊等地的净水利器。

 将海水速“变”饮用级淡水

 “通过加热蒸发获取淡水,由于只有表层的水才能蒸发,采取整体加热是一种能源浪费,如果把表层的水和底下的水‘隔开’,把水抽取出来,只加热表层水,能源利用率就会很高。”在实验室的另一排装置前,杨亚威介绍,常见的高效太阳能转换技术除了光伏外,还有太阳能海水淡化。近年来,随着各类高效蒸发器的研发,太阳能转换效率得到显著提高。然而,同传统的海水淡化技术一样,都面临着盐分污染问题,不可避免地影响蒸发器的性能和寿命。

 基于此,杨亚威团队研发了另一核心技术——太阳能光热界面蒸发水盐分离技术。并基于这项技术形成了两款产品:集热管式太阳能界面蒸发海水淡化系统、光-风-热多能耦合蒸发的浓盐水脱盐系统。

 与常规日晒蒸发海水提盐相比,杨亚威团队的技术极大提高了太阳能转换效率(高于80%),生产饮用水的成本估算仅为传统海水淡化技术的50%-60%,实现淡水资源的清洁生产。这项技术仅以太阳能作为唯一能源,具有良好的经济性和可持续性。其应用生活用水生产,分为大规模生活用水淡化厂和便携式淡化装置。诸如海上船只取水、海上作业平台取水等少量饮用水获取等领域。这项取材于大自然,用于大自然的“黑科技”,有望打破国外对主流海水淡化技术的垄断。

 打造多元化新能源应用场景

 作为杨亚威团队科技成果转化的载体,西安秦盛丰科技有限公司成立于2021年。依托西安交通大学绿色氢电全国重点实验室(原动力工程多相流国家重点实验室)的研发实力和三项改革和秦创原“春种基金”的支持,把实验室的理论真正的搬到现实生活当中。目前已建成标准化生产线,产品将来可广泛应用于沿海地区、西北缺水地区以及工业废水处理领域。

 这种“高校研发、就地转化”的模式,正是西安市深化科技体制改革、推动产学研深度融合的成功案例。

 作为中国西部的科教重镇和先进制造业基地,西安具有发展新能源应用的独特优势。在太阳能光伏、风电装备、氢能、储能等领域,形成了从研发、材料、设备制造到系统应用的完整产业链条。以太阳能的应用为例,西安没有停留在传统的制造环节,而是在新能源应用场景的开拓和创新探索亮点频出:打造“光伏+建筑、交通、民生”等多元化应用场景。

 在太阳能的应用领域探索为例,西安并未仅仅局限于光伏发电,更在光热利用和前沿交叉创新方面有着深厚的积累和独特的探索。其中,西安建筑科技大学和西安理工大学等高校在太阳能应用领域也有不少创新实践。

 8月,海拔3800米的西藏自治区山南市曲松县,一座2.6万立方米的太阳能蓄热水池正在阳光下悄然蓄能,它将在冬季为这个县城带来温暖。去年,曲松县实现首次太阳能集热场直接供暖,全县1万多户居民拥有了一个长达半年的“暖冬”。今年8月,一整套太阳能集热、蓄热、供热系统经调试后将完成联动,有望于10月起实现该县“近零能耗”供暖。

 这背后,是西安建筑科技大学绿色建筑全国重点实验室科三代科研工作者接续20载,用科技打造“美好人居”的生动实践。“目前,团队正在研究如何将该技术向黄土高原等太阳能次富集区推广,努力为世界贡献太阳能供暖的‘中国方案’。”西安建大教授王登甲说。

 2025年3月,西安理工大学参与共建的非洲首台源荷协同智能微网试验舱在摩洛哥正式启用。试验舱集光伏新能源、新型融合储能、智能能量管理系统为一体,为当地能源智慧化升级提供解决方案。西安理工大学相关负责人介绍,项目标志着该校在智能微网技术和能源管理系统方面的研发能力实现了国际输出。

 陕西省社科院副研究员王晓勇说,如今,汇聚科研院所、企业、高校等多方科研力量,西安在太阳能应用领域的图景日趋完整和立体:立足“光”的一面(光伏)+“热”的一面(光热)发力,聚焦于将太阳能转化为化学能以及热/蒸发能,解决水、环境问题。西安在新能源应用上不仅有大而强的产业巨头,也有小而精的科研尖兵;不仅致力于能源结构的绿色转型,也深入参与环境污染治理和水资源安全的解决,真正体现了新能源技术赋能经济社会全面绿色发展的巨大潜力。

 依托科教优势抢占产业发展先机

 新能源领域国际竞争加剧,应用创新成为了核心突破点,西安依托科教优势抢占产业发展先机。王晓勇表示,当前,科学界形成共识:对新能源应用领域的探索与发现,其意义已远超新能源本身的发现,成为推动产业发展的关键引擎。

 “新能源应用的美好前景要转化为现实,仍需多方协同发力。”王晓勇指出,政策支持、市场驱动、技术创新、成本降低、社会效益提升及产学研用深度融合,是推动新能源应用落地的六大核心要素。在此背景下,西安凭借独特的科教资源优势,在新能源产业发展中崭露头角。

 作为全国一流高等院校和科研院所的聚集地,西安在基础理论、前沿科学和技术应用三大领域发展均衡,培养了大量高级人才与知识精英,为新能源产业发展奠定了坚实基础,并形成四大显著优势:以技术创新为抓手,有效降低新能源产品的制造成本与使用成本,显著提升市场竞争力;深化产学研用深度融合,加速科研成果向实际生产力转化,为新能源产业快速发展注入动力;强化自主创新能力与品牌建设,助力我国新能源产业在国际竞争中占据更有利地位;新能源的广泛应用不仅带来可观的经济效益,更能创造大量就业岗位、改善生态环境,产生多重社会效益。

 王晓勇表示,西安在新能源产业发展中的优势,正是其教科文综合实力的集中体现,也为我国新能源产业突破国际竞争壁垒、实现高质量发展提供了重要支撑。