journal article·2024-10-11

Unifying Efficiency Metrics for Solar Evaporation and Thermal Desalination

Hamid Fattahi Juybari, Harsharaj B. Parmar, Mohammad Rezaei, Sina Nejati, Jinwoo Oh, Albraa A. Alsaati, Lucy Mar Camacho, David M. Warsinger

ACS Energy Letters· Volume 9· Issue 10
Publisher page

Abstract

Worsening water crises and climate change drive the need for solar evaporation and thermal desalination. Yet, diverse performance metrics, siloed communities, and a research shift away from high-efficiency technologies pose challenges to their advancement. We present a thermodynamic framework for unifying performance measurements across technologies, categorizing 17 leading performance metrics by their local- or system-level application and by thermodynamics laws. These are then organized into four categories of conceptually equivalent “sister” metrics. We clarify their best applications and measurement methods, detailing old and new conversion techniques using the temperature, recovery ratio, and salinity. Additionally, we compare six leading solar evaporation and thermal desalination technologies, identifying their second law efficiency and the specific exergy consumption. Furthermore, we reveal the unifying role of least work for solar desalination and steam generators and identify that many first law metrics become identical in these processes. Additionally, we create contour plots that link the energy efficiency metrics, recovery ratio, salinity, and temperature across a wider range than previously modeled, providing intuitive and easy comparisons and efficiency calculations. These findings contribute to enhancing comparisons and expediting optimal technology development.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Solar-Powered Water Purification Methods · Solar Thermal and Photovoltaic Systems · Membrane Separation Technologies

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Birck Nanotechnology Center and Mechanical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana 47907, United States

Department of Mechanical and Industrial Engineering, University of Toronto, 5 King’s College Rd, Toronto M5S 3G8, Canada

GIG Karasek GmbH, Neusiedlerstrasse 15-19, 2640 Gloggnitz, Austria

School of Mechanical Engineering, Chungnam National University, 99 Daehak-ro, Yuseong-gu, Daejeon 34134, Republic of Korea

Mechanical Engineering Department, Umm Al-Qura University, Makkah 24382, Saudi Arabia

Department of Environmental Engineering, Texas A&M University-Kingsville, Kingsville, Texas 78363, United States

Funding

U.S. Department of Energy · Chevron · Porous Materials Incorporated

References (100+)

Show source-provided references
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