第248章 超低温蒸发

时光荏苒。

转眼间,民勤县已是天寒地冻的十月底。

经过近一个月的调试,两个特种豆丝生产车间已经完成了调试工作,目前可以开始生产普通硅豆丝纱线、碳化硅管纱线。

同时另外两个新车间,也在紧锣密鼓的改造,预计今年十二月底可以投入使用。

而十月份刚刚成立的民勤光伏实验室,五十多个相关的科研人员也陆续到位。

从一家光伏企业跳槽过来的光伏实验室负责人黄玉冠,还有从中科院挖过来的研究员谢瑞麟,此时已经拿到了新鲜出炉的碳化硅管材料。

他们一拿到材料,就迫不及待进行尝试。

编织好的细布,由于碳化硅管非常细,直径普遍在124纳米到127纳米之间,因此这东西编织成的细布,并不是透明的,而是黑漆漆的颜色。

接好了光伏板的其他配套元器件,黄玉冠抬头来吩咐道:“打开检测设备。”

“好了,黄总监。”

“启动模拟光照系统。”

“是。”

随着模拟光照照射在漆黑一片的碳化硅管布料上,检测电流、电压、电阻之类的设备,也收到了各种数据。

首席研究员谢瑞麟盯着仪器上的数据,同时手上的圆珠笔快速记录着这些反馈的数据。

半个小时后。

“谢博士,情况怎样?”

谢瑞麟微微抬头:“效果比预期好一点,平均光电转变效率为21.7%左右。”

“哦?”黄玉冠对于这个结果有点惊讶:“如果这个数据,那就可以考虑直接生产了。”

“直接生产也可以,黄总监,你知道这东西的成本是多少吗?”

黄玉冠在光伏企业干过五六年,非常清楚其中的情况,他笑着说道:“这种碳化硅管的成本非常低,至少我们内部采购会非常便宜。”

“具体多少?每平方米多少钱?”

“工厂那边按吨计算成本,一吨的生产成本差不多8万块钱左右。”

谢瑞麟提了提眼镜,目光非常震惊:“一吨8万?”随即他拿起桌面的一份文件,翻了翻其中的参数:“每平方米246克左右…一吨差不多就是4065平方米,一平方米才19.68元?我靠!”

“如果这东西上市销售,估计传统光伏板生产商要全面崩溃。”黄玉冠开玩笑道。

谢瑞麟倒是没有操心这种市场的事情,毕竟他以前在中科院工作的时候,就没有太多参与实际的产业交锋,他摸了摸下巴扎手的胡茬:“黄总监,我听说飞艇公司是打算将这东西安装在飞艇上半部分?”

“是呀!以这种性能,估计不需要10万平方米的光伏发电面积,毕竟如此庞大的面积,发电量太多了,如果用不掉这么多电,飞艇只能选择弃电,或者只能加电池。”

黄玉冠一边回答,一边拿出保密版本的定制平板电脑,找到了飞艇公司的一部分设计资料:

“目前最大的蓝鲸3号飞艇,每小时最大耗电量为1150千瓦时,24小时最大耗电量才27600千瓦时,就算是加上其他升降货物、压缩氢气、制冷之类耗电,一天耗电量也不会超过4万度。”

“如果是这样,10万平方米的碳化硅管光伏板确实太多了。”谢瑞麟拿起圆珠笔计算了一下:“考虑到了在仅仅是作为补充,我认为2万平方米就足够用了。”

对于这个数据,黄玉冠也表示赞同:“2万平方米,理想状态下,一天平均发电3.47万千瓦时,基本可以满足一天86%左右的电力需求。这还可以减少电池配置规模,大概只需要配置之前一半左右的电池即可。”

谢瑞麟笑着摇摇头:“算了,这种事情还是留给飞艇公司那边去考虑吧!我们还是研究一下如何改进技术吧!”

“也是。”

众人讨论起如何改进技术。

讨论了几个小时,他们拿出了好几个改进方向,比如加厚布料、掺杂砷化镓、使用特殊编织结构等。

同时,还有两个小组在进行碳化硅管光伏板的各种测试。

其中包括使用寿命评估、使用年限衰减率、高紫外线环境、强风沙环境、高盐度环境、高温环境、低温环境、真空辐射环境等使用情况和使用寿命评估。

就在此时。

飞艇船坞的穹顶结构,也开始进入了安装阶段。

第一阶段是安装骨架。

一体成形的超轻拱桥结构,轻而易举被吊车吊起来。

“慢一点…”施工方的安全员紧盯着。

突然一阵强劲的西北风裹挟着沙子袭来,非常轻的拱桥型骨架被风吹得不断摇晃。

正在拉扯引导的工人,迅速将牵引绳固定在提前准备的配重上,避免骨架被吹得摇晃起来。

过了一会。

看到风停歇了下来。

施工指挥员赶紧拿起对讲机:“快点,动起来。”

随着骨架的底部镂空榫卯结构,缓缓插入地基预留的高强度钢柱中,几个工人马不停蹄抬巨大的螺帽,将螺帽安装在手臂粗的螺丝上。

安装好之后,另一组工人拉着高压气枪将螺帽螺丝和钢柱表面的尘土吹干净,然后快速喷涂上速干保护漆,紧接着套上一层工程塑料保护套。

这个船坞是最小的一个,长度为300米,宽度为100米,高度同样是100米。

站在地面上,正面呈现出一个半球形,侧面看过去则像一个埋入地下一半的圆柱体。

由于修改了设计方案,之前表面并没有设计光伏板,现在这些船坞的穹顶上,都要安装新型的光伏板,用于增强基地的能源自给自足。

就在飞艇工厂建设得如火如荼的时候。

负责研究新材料应用的民勤研发中心511实验室,他们此时也发现了一个非常有价值的应用。

该实验室主要研究碳化硅管的深度应用方面。

其首席研究员张树立看着眼前的的实验设备,脸上不由自主地兴奋起来。

只见,随着设备的负压系统启动,源源不断的纯净水从底部的污水箱中被抽上来。

不到二十分钟,一立方米污水就被抽了90%左右。

张树立拿起采样器,抽了20份样品,送到了研发中心的检测实验室中,让他们进行一次全面的成分检测。

在等待检测报告的时候,他们又陆陆续续实验了十几次,使用了当地的城市污水、附近盐湖的咸水、实验室自己调配的化学污染水,分别接下来抽水实验。

等拿到了检测报告后。

“张博士,好消息,好消息…”6一个研究员脸上满是喜色。

“结果出来了?”张树立一下子从座位上弹起来。

那个研究员喘着粗气:“呼呼…出来了,结果是超纯水。”

“好好好…”张树立拿过检测报告,他看得非常仔细,身体甚至在微微发抖,因为他太兴奋了。

“张博士,我们成功了。”

“低成本海水淡化技术没有想到会这样实现。”

十几个研究员都狂喜不已。

他们研究的抽水技术,就是利用一种内孔径46纳米到49纳米的碳化硅管,通过烧结过程中,在石墨粉末这添加铝粉末和钙粉,让其形成特殊的内壁结构。

这种新型碳化硅纳米管,只需要管道两侧存在气压差,高压那一侧的水分子就会自动向低压那一侧流动。

准确来讲,是高压一侧的水分子会“蒸发”,这种蒸发原理是该类型的碳化硅纳米管内部的真空状态造成的超低温蒸发。

因此这些非常小的压力差,就可以让高压一侧的水体快速蒸发,然后水蒸气分子就会源源不断被吸过去低压那一侧。

这种情况下,只需要维持一侧的低气压,就可以源源不断获得超净水。

本来原来是,张树立等人是采用平放抽水的模式,但并没有成功获得超净水,反而让纳米管被杂质堵死了。

直到前两天,他们无意间将碳化硅纳米管垂直放置在水体正上方,一下子就打开了新世界大门一样。

这种放置方式,让水分子以水蒸气的形式通过纳米管,而其他成分则因为重力的原因,没有办法向上移动,这保证了管道内部不会被轻易堵塞,可以长期运行下去。

这也是实现超低成本海水净化的前提。

不然经常需要更换碳化硅纳米管,就是一笔不小的成本支出。

加上这种小压力差抽水,几乎不需要热源加热海水,让其成本进一步下降。

张树立兴奋之后,又迅速冷静下来,他吩咐道:“大家尽快整理好报告,晚上我要向老板汇报这件事,到时候老板不会忘记大家的辛苦。”

“是。”

“放心吧!这种关键时刻,我们肯定不会掉链子。”

张树立随即布置了各项工作,让实验室的所有人加班加点,一定要仔细弄好实验数据。

毕竟这个技术非常重要。

他们实验室自己预估过,仅仅是实验室的那个小设备,一天可以抽出65立方米的超净水,能耗还不到3度电。

加上设备折旧和场地费用,以及其他杂七杂八的费用,每立方米超净水的成本不会超过0.05元。

这成本可以秒杀当前的一切海水净化技术。

(本章完)

第249章 成本问题

窗外,西北风凛冽。

哪怕是民勤县周围已经被改造成为了连绵不绝的大豆农场,来自更加遥远地带的沙尘,还是被强有力的西北风裹挟而来。

“…”江淼听着张树立的汇报。

“…以上就是我们实验室的研究成果。”张树立脸上带着激动和一丝丝紧张。

江淼放下手上的报告,笑着说道:“辛苦张博士和511实验室的研究员们了,奖励按公司的规定来。”

“多谢老板。”张树立的心猛然扑通扑通跳起来。

虽然这个研究是从碳化硅纳米管的基础上衍生出来的东西,但是不可否认的一点,就是张树立团队确实在其中发挥了巨大的作用,因此他们团队会获得该技术的相关产品,5%的毛利润作为专利激励。

别小看5%的毛利润,这东西要是大规模生产,每年产生的毛利润就不是一个小数目。

很多人都会下意识认为,这东西的第一个应用方向肯定是海水淡化。

海水淡化这确实是很快会第一个投入使用的应用方向。

但是江淼在看完511实验室的全部报告之后,很快就发现了第二个应用方向,而且是非常重要的应用方向,甚至可以和海水淡化相提并论的应用方向。

江淼吩咐道:“张博士,你回去之后,去找其他实验室借设备,就说是我批准的,我想一下…”

停顿了片刻,他接着说道:“506实验室有几套大功率的抽真空设备,就借他们的设备,我要做一个实验,你们也准备好真空蒸发器。”

“好的。”张树立已经猜到了江淼要做什么,那就是要验证不同真空度下,抽水的效率如何。

第二天下午。

协调好设备借用的工作之后,张树立才打电话给江淼。

江淼赶过来的时候,测试工作已经在进行。

只见在高真空度的情况下,玻璃污水箱的污水以肉眼可见的速度下降着,仅仅用了不到3分钟,一立方米的污水就被抽干了。

“继续。”江淼看着他们继续做实验。

张树立等人也开始调高真空度,从而提升一侧的负压。

随着负压不断提升,纳米蒸发器抽水的效率也越来越高。

然而好景不长,随着负压的提升,污水之中有害成分也进入了净水箱中,同时一部分大颗粒污染物也一点点堵塞了碳化硅纳米管。

对于这一点,众人都有预料到。

重新调整实验方案,忙碌到晚上十一点半左右。

他们终于找到了一个最佳的效率,在特定负压下,碳化硅纳米管的净水效率达到了一个比较好的性价比,差不多每千瓦时电能可以产生87立方米超净水,是之前的的两倍多。

但是江淼并没有让张树立团队停止研究,接下来还需要继续进行实验。

不过实验方向不再是净水提取的效率,而是不同长度的碳化硅纳米管,提取每立方米超净水需要消耗的能量。

一连五天的实验。

张树立团队此时也明白了江淼的想法。

由于碳化硅纳米管的长度很难超1米,因此张树立团队采用了焊接的方式,将一个密封金属环焊接在碳化硅纳米管集束上,让两股碳化硅纳米管可以连接在一起。

使用这个方式,他们不断延长着碳化硅纳米管。

五天时间,就将碳化硅纳米管延长到了150米。

实验非常成功。

哪怕是延长了150米,碳化硅纳米管仍然可以毫不费力将纯净水从污水箱中吸到另一端。

不过在实验过程中,他们也发现了问题。

那就是一开始的时候,要采用垂直摆放,让常温水蒸气可以漂浮上去,但这个垂直长度不能过长,一旦超过4.5米左右,水蒸气就容易受到地球重力的影响,无法继续上浮,从而凝结在该高度的管道内部。

因此头一段管道超过3米之后,就必须拐弯,改为平行水平面或者斜向上,这就可以让管道内部的常温水蒸气快速流动。

另一个问题,则是温度问题。

一开始,他们是在实验室内部做实验,自然没有发现温度的问题,直到长度超出实验室内部的空间,拿到了室外进行实验时,就出现问题了。

此时的民勤县是十一月初。

白天气温还有十几度,可是晚上却在零度附近。

碳化硅纳米管内部的常温水蒸气,在零摄氏度附近,会一下子变成液态,这种突变的后果非常严重,黏稠的液态水导致管道被堵住了,提取纯净水的效率下降到了之前的千分之一左右。

进一步实验中,碳化硅纳米管内部的水蒸气,一旦环境温度低于零下23.6摄氏度,就会迅速从水蒸气状态,凝华成为固态的冰,直接将碳化硅纳米管内部堵死。

也就是说,碳化硅纳米管不能在低于零摄氏度的环境下使用,不然效率会直线下降,甚至直接停摆。

但是这个实验也是非常成功的。

原因就是他们通过实验,验证了远距离低成本输水的设想,既然150米的管道不需要太多额外的做功,就可以实现超净水的提取和输送,那后续就可以考虑不断延长管道,实验从沿海向内陆的低成本输水。

特别是从低海拔沿海地区,向高海拔地区输水,对于这种以水蒸气为输送形式的碳化硅纳米管而言,能耗和在平原地区输送,其实是差不多的。

张树立团队就测试过提高管道的倾斜角度,只要倾斜角不超过30度,并不影响提取和输水的效率。

毕竟水蒸气本来就会自动向高空漂浮,一定的倾斜度,可以借助水蒸气本身的浮力抵消掉地球重力,在这种纳米尺度上,这种抵消更加显著。

至于低温凝水结冰的问题,在北方地区其实也无关紧要,毕竟北方的农业生产集中在春夏秋,冬天除了大棚和农业工厂之外,并没有太多用水。

完全可以在春夏秋三个季节全力提取输送纯净水,冬季停工维修,或者直接将管道掩埋在地下深处,加上保温层。

一般掩埋深度大于3米,就基本可以保证管道内部的温度常年高于零摄氏度。

按照实验室的结果,目前管道每天的输水效率,为管道的横截面积乘以1914,即管道横截面积每平方米每天输水1914立方米,每年可以输水698610立方米。

一条内部直径10米的管道,每年可以输水5493万立方米的超净水。

不过江淼也清楚,这个技术要落地,管道成本是非常关键的问题。

目前该类型的碳化硅纳米管制造成本,预估大概在每吨11万左右,其密度为1.8克每立方厘米。

抽水净水管道中,大约三分之一是碳化硅纳米管,三分之二是环氧树脂。

横截面积一平方米的管道,每米长度中,需要使用环氧树脂0.79吨,特制碳化硅纳米0.59吨,加上密封合金连接件和保护外壳,总成本差不多是每米5万元。

假设现在需要从渤海沿海,建设一条直径10米的输水管道到老哈河上游源头,全长350公里左右。

单单是管道投资成本就是1.37万亿元,预计可以使用40年左右,每年折旧成本至少342.5亿,然而这么多投入,仅仅只能获得5493万立方米超净水,每立方米超净水的需要623元的折旧费。

显然这是不划算的投资。

但是这并非没有解决方案。

那就是采用阶梯水库和高差自然输水模式。

比如在沿海地区,寻找高度合适的山地,将水输送到山地的高处,利用落差和地形,让水向北流,借助周边的河道和水库,源源不断向北输水。

以江淼设想的老哈河项目为例子,可以在山海关附近的沿海建设输水管道,来到山海关西北方向的祖山,借助青龙河河道建设阶梯水库,向北逆向输水,其中祖山段大概只需要建设5公里输水管道。

到青龙河源头的三十家子镇,向西北跨越山脉,同样是建设5公里输水管道,就可以抵达老哈河上游源头的黄土梁子镇。

这样一来,全线只需要建设10公里左右的输水管道,加上每一个阶梯水库的低成本抽水站。

不过这个成本仍然很高。

如果真要应用在远距离低成本输水上,只能期待工艺成熟和改进之后,让特制输水管道的成本可以降下来,不然远距离输水肯定玩不转。

当然,这并非真的没有办法。

比如通过挖掘隧道,替代特种输送管道,加上阶梯水库逐级向上提水。

而碳化硅纳米管只需要在沿海源源不断提供淡水,以及在阶梯水库,建设几十米的抽水管。

那碳化硅纳米管道的使用量将下降到几百米左右,10米直径的抽水管道,每米长度的投资成本大概就是392.5万元左右,后期大规模生产还可以压低一些。

不过其中的基建投资却提上来了。

输送隧道、阶梯水库,这些投资大概需要几百亿。

如果布置100条这样的管道,每年输水54亿立方米,按照最节约的方案,整个项目投资大约在2000亿左右,项目预期可以高效运行40年,每年折旧费50亿,收益为54亿立方米淡水,平均每立方米淡水的投资成本为0.925元。

明显还是偏高。

除非特种输水管道的成本下降到原来的三分之一左右,那每立方米淡水的投资成本才会下降到0.39元。

对于这个情况,江淼并没有太失望,毕竟饭要一口一口吃,他向张树立团队嘱咐道:

“你们团队接下来的任务,一方面是配合公司,对这个产品进行工业化量产。”

“没问题,老板。”张树立宛如小鸡啄米。

“另一个任务,则是想办法降低碳化硅纳米管和特种输水管道的生产成本,在同样需要和生产部门配合。”

“是。”

海陆丰公司有专门的技术工业化管理部门,即技术应用部。

这几天技术应用部的人已经行动了起来,一方面是组织相关研究人员,研究高效率、低成本的量产工艺;另一方面,则是让人事部尽快安排人员,组建一个全新的事业部,来主导该项目的深度开发和商业化营运。

此时这个部门的经理王安国、副经理宋孝杰也在这里。

同样是技术研发出身,却长期从事工业量产管理工作的王安国,比单纯的科研团队,对于技术量产方面,更加有心得,他这几天已经看了特种碳化硅纳米管的技术。

“老板,这是初步的改进方案,请过目。”

江淼边看边问:“你们还真是有效率,不到三天就拿出了3个改进方案。”

“术业有专攻,张博士并没有主导过专业的技术投产规划和工艺改良。”王安国笑着说道:

“第一个改进方案最简单,也是最容易实现的,碳化硅纳米管道在输水管道中只占30%左右,剩下的70%为环氧树脂,但环氧树脂并不一定需要完全填充管道内部,我们的工程师计划采用发泡泡沫,作为中间的填充材料,既可以起到保温和支撑的效果,还可以减少整体重量和成本。”

江淼已经看到了这个改进方案的预估参数;减少32%的重量,每立方米减少成本8000元左右。

“第二个方案,是外壳和密封合金环,原来的工艺在实验室自然无伤大雅,但是这工业量产中,显然是不适合的。”王安国侃侃而谈的继续补充道:

“因此我们采用了公司的新材料硅藻豆丝,这东西可以一体成形,加上密封圈之后,完全符合要求,预计让整体重量再下降35%,同时每立方米成本再下降7000元。”

“第三个改进方案,张博士团队之前采用直接烧结沉积工艺,再使用更加细小碳化硅纳米管,一点点钻过去,这个工艺太复杂了,而且良品率太低了。我们计划采用多次烧结,每一次只烧结内壁的八分之一,连续烧结八次。”

江淼并没有否认这个方案,因为技术应用部已经进行过超算模拟计算,得出的结论是这种内壁结构,并不影响水分子的常温蒸发。

如果采用第三个方案,预计特种碳化硅纳米管的每吨成本,会从11万元下降到6.7万元左右。

这会让每立方米特种输水管道的成本下降1.3万元,加上前面两个改进方案,一共可以减少2.8万元,总成本压低到每立方米2.2万元。

虽然还没有达到理想状态的三分之一,但后期继续改进,还有很大的下降空间。

比如豆丝成本下降、能耗成本下降、用水成本下降,这些成本都会影响下游产品的生产成本。

“你们技术应用部尽快安排技术的落地。”

王安国严肃地回道:“交给我们,我们一定不负老板的重托。”

“嗯,辛苦你们了。”江淼看了看手表的时间,便和众人告别,因为他要赶过去京城一趟。

现在是十一月七日。

而今年的院士增选结果将在两个星期后,在京城进行正式公布。

不仅仅是江淼获得了工程院院士,连林书雅也获得了工程院院士。

主要是书雅挂名的海绵电池技术,引发了国内的产业变革,加上时间是上半年,因此经过评选委员会的内部讨论,在六月份的时候,又加上了林书雅的名字。

江淼早就知道了评选的结果。

由于夫妻俩不能坐飞机,又考虑到临期过去,容易被人摸清楚时间,因此两人提前在不同的时间过去。

书雅前天晚上已经搭乘高铁,在安保团队的秘密护送下,低调前往京城。

他主要是为了看特种碳化硅纳米管的研究成果,以及和技术应用部讨论后续的一些安排,才在民勤这边多停留了一个星期。

现在时间已经差不多了,便赶路前往凉州市的高铁站。

江淼的离开,并没有影响王安国、张树立等人的研究工作。

利用碳化硅纳米管作为切割线,他们将特种管道切成片,每一片厚度为2厘米,每米可以切成50片,每一片都可以作为独立的净水器使用。

再使用其他材料制造出管道,管道头部只需要安装一片净水器。

民勤县的污水处理厂内。

一个临时改造集装箱内,一台设备的净水器紧贴着污水池,经过初步沉淀的污水,表面贴上净水器后,随着负压设备启动,源源不断的常温水蒸气被净水器抽上去,然后在另一侧出来的常温水蒸气,又快速凝结成为水滴。

这些水滴沉积在底部,底部的四侧抽水管,很快就将纯净水抽离底部。

如此往复循环,纯净水就源源不断从设备中被提取出来。

污水处理厂的厂长和几个技术员,看得目瞪口呆。

“太快了。”污水处理厂厂长难以置信的看着出水口。

负责检测水质的技术员,赶紧收集一些水,去厂里面的检测室进行检测。

一个多小时后。

检测报告出来了,那个技术员带着一丝震惊跑过来:“厂长,达标,各项污染物都检测不出来,简直比纯净水还纯净。”

“真的?”一把抓过检测报告,厂长看得瞪大眼睛,随即转过头问道:“小李,能耗是多少?出水多少?”

“每小时80方左右,耗电差不多是每小时1.4度。”小李看着仪表报数。

厂长被震惊得脱口而出:“靠!这设备要是价格不高,可以秒杀现在的一切污水处理设备。”

另一个老员工微微点头:“确实,咱们厂每天最大处理能力是2万方,这套设备一天可以处理1914方,十台就可以取代咱们厂的绝大部分污水处理设备了。”

“海陆丰公司的技术实力还真是可怕。”厂长不由自主地惊叹起来。

(本章完)

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