2026 年 10 月 7 日，国际期刊《Nature Water》在线发表了南京大学朱嘉团队题为 "Quantifying the global potential of solar-driven interfacial evaporation using a validated climate – performance model" 的研究性论文。该论文构建经实验验证的气候- 性能模型，并结合高分辨率气候、水文与社会经济数据集，量化全球范围内太阳能驱动界面蒸发技术的应用潜力。研究开发了开源且可扩展的地理空间工具包 SDIE-Geo，以小时分辨率绘制太阳能驱动界面蒸发性能分布图，结合当地资源条件、用水需求与社会经济背景，评估该技术的落地潜力。《Nature Water》是 Springer Nature 旗下于 2023 年 1 月推出的在线月刊，专注于发表水资源与人类社会关系演变相关的高水平跨学科研究。期刊最新影响因子为30.7，在 JCR 水资源学科排名第 1 位（1/132），环境科学排名第 3 位（3/395），入选新锐分区环境科学与生态学1 区 TOP 期刊。

论文链接：https://www.x-mol.com/groups/zhuhuayue

太阳能驱动界面蒸发（SDIE）为水、粮食、灭菌和采矿提供了可持续路径，推动可持续发展目标。然而，评估其实际潜力仍具挑战性，因为 SDIE 性能、资源可用性和需求均随空间和时间变化。在此，我们开发了经实验验证的气候 - 性能模型，并将其与高分辨率气候、水文和社会经济数据集整合，以量化全球 SDIE 潜力。具体而言，我们开发了一个开源、可扩展的地理空间工具集 SDIE-Geo，以小时分辨率绘制 SDIE 性能图，并将其与当地资源可用性、需求和社会经济背景相匹配，以揭示部署潜力。基于 SDIE 的关键应用可推动可持续发展目标，包括尼日尔全年灭菌、以 0.7 m ² 装置为 10 亿人每日提供 2 升饮用水，以及将锂卤水浓缩加速高达 135 倍。这些发现为 SDIE 部署和设计提供了定量指导，并建立了一个在全球尺度评估气候敏感型技术的通用框架。

太阳能驱动界面蒸发（SDIE）为水处理、食品生产、灭菌和矿物提取提供了可持续技术路径，助力实现联合国可持续发展目标。然而，太阳能驱动界面蒸发性能、资源禀赋与应用需求均存在时空差异，评估其实际应用潜力仍存在较大困难

图 1 | 量化 SDIE 在 SDGs 相关应用中全球潜力的工作流程。该工作流程包含三个主要部分。第一，开展现场测试以建立气候 - 性能模型，将气象条件与 SDIE 产出相关联。第二，SDIE-Geo ——一个开源地理空间工具集——将该模型应用于高分辨率全球气候数据集，以高时空分辨率绘制 SDIE 性能图。第三，综合匹配分析将 SDIE 性能图与当地资源可用性、需求及社会经济指标相匹配，以量化 SDIE 对 SDGs 相关应用（如水净化、灭菌、废水处理和资源提取）的潜在贡献。底图数据来自 Natural Earth（ https://www.naturalearthdata.com ）。

图 2 | SDIE 的建模框架与实验验证。a，SDIE 的物理原理。尽管装置构型各异，SDIE 的运行机制相同：局域光热加热使界面蒸汽浓度 C_evap 高于环境 C_amb，产生浓度梯度驱动蒸发。基于该机制，模型可准确预测不同气象条件下的 SDIE 性能。b – d，受控实验室验证。温控蒸发平台采用由金层和多孔 AAO 基底组成的 TFC 蒸发器。金膜可实现电阻加热以精确控温，AAO 提供明确的蒸发结构，二者共同支持模型的准确验证（左）。复合蒸发器的横截面扫描电镜图像。比例尺，400 nm（右）（b）。两种 TFC 蒸发器（平均孔径分别为 246 nm（c）和 71.7 nm（d））的实测蒸发通量随蒸汽浓度梯度 C_evap – C_amb 的变化（详见补充图 3 和补充表 2）。模型预测（虚线）与实验数据（符号）吻合，证实了理论框架。e，中国南京的现场验证（2024 年 9 月 6 日至 24 日）。

图 3 | 真实天气条件下 SDIE 的全球性能。a，被动式 SDIE 的年平均蒸发速率（2015 – 2024 年）。高蒸发速率出现在非洲北部和南部、阿拉伯半岛、澳大利亚内陆和西部、美国西南部、墨西哥北部及南美洲东部。b，代表性区域（包括加利福尼亚、北方邦和锂三角）的日平均 SDIE 速率。实线代表平均值，阴影表示年际变率的标准差（2015 – 2024 年）。c，全球各站点年 SDIE 速率与年平均气象变量的相关性。为清晰起见，采用基于密度的降采样算法保留 2% 的数据点，以维持整体模式。d，1995 年至 2024 年全球年平均 SDIE 产出；平均而言，气温每升高 1 ° C，产出增加约 7%。e，2005 – 2014 年与 2015 – 2024 年间被动式 SDIE 产出的十年变化。红色表示增加，蓝色表示减少。f，被动式 SDIE 增强因子（SDIE 与自然蒸发的比值）。增强超过 500% 的区域包括热带、青藏高原和南美洲西部。a、e 和 f 中的底图数据来自 Natural Earth（https://www.naturalearthdata.com）

图 4 | 真实地表水约束下 SDIE 的全球饮用水供应潜力。a，SDIE 驱动饮用水生产潜力的全球分布图。产水量按 SDIE 蒸发量乘以 70% 冷凝效率估算，且仅限于 JRC 全球地表水数据集识别出地表水的位置。b，整合气象、技术和社会经济指标的国家 / 地区级评估。低收入、基础设施受限和水资源短缺的国家，如冈比亚、佛得角、塞内加尔和苏丹，成为 SDIE 部署的优先候选地区。c，因经济或基础设施限制而缺乏安全管理的饮用水（SMDW）的人口随 SDIE 装置面积的变化，针对人均每日 2 升和 5 升的阈值。当当地年 SDIE 淡水产量超过年需求时，即认为水资源短缺得到缓解。a 中的底图数据来自 Natural Earth（https://www.naturalearthdata.com）。

图 5 | SDIE 在资源回收和公共卫生领域的全球应用。a，全球四大锂卤水盐湖中主动式 SDIE 相对于传统盐田的日均提升倍数。实线代表平均值，阴影表示年际变率的标准差（2015 – 2024 年）。b，SDIE 用于分散式废水处理。各国 / 地区按日均 SDIE 蒸发量相对于人均未处理废水量绘制。主要候选国家包括埃及、乍得、苏丹、科威特和布基纳法索。c，15 个高死亡率国家的 SDIE 灭菌潜力。左侧条形图显示死亡率（每 10 万人口）；右侧条形图显示年灭菌天数，定义为一年中太阳条件允许有效病原体灭活的天数。数据以 3 年（n = 3）的平均值 ± 标准差表示，并展示个体数据点。a 中的底图数据来自 Natural Earth（https://www.naturalearthdata.com）。

通过将经实验验证的气候 - 性能模型与高分辨率气候、水文和社会经济数据集相结合，我们量化了 SDIE 关键应用的全球潜力及其对联合国可持续发展目标（SDGs）的贡献。对于 SDG 3 ——良好健康与福祉—— SDIE 提供了分布式太阳能灭菌方案，尼日尔可实现全年有效灭菌。对于 SDG 6 ——清洁饮水和卫生设施—— SDIE 可服务于冈比亚、佛得角、塞内加尔和苏丹等缺水国家的数百万人口；在每日 2 升的用水阈值下，0.15 m ² 的装置可满足一半需求，0.7 m ² 可覆盖 90%。对于 SDG 7 ——经济适用的清洁能源—— SDIE 将卤水蒸发加速高达 135 倍，释放低品位锂资源。

除 SDIE 之外，本研究还凸显了利用真实环境和社会经济数据评估气候敏感型技术全球潜力的价值与必要性。本文提出的开源 SDIE-Geo 工具集为指导全球部署和推动新兴太阳能驱动技术的发展提供了一个通用平台。

Song, Y., Shi, P., Du, Y. et al. Quantifying the global potential of solar-driven interfacial evaporation using a validated climate – performance model. Nat Water ( 2026 ) . https://doi.org/10.1038/s44221-026-00728-4

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整理：阳光净水

编辑：环境与能源功能材料

阳光净水课题组主要长期致力于生物质（壳聚糖、纤维素等）可再生资源在水污染控制、太阳能界面蒸发及环境催化等领域的基础与应用研究。

课题组主页：https://www.x-mol.com/groups/zhuhuayue