系统可以使用太阳能对医疗工具进行消毒

高压灭菌器是用于对医院、诊所以及医生和牙医办公室的医疗工具进行消毒的设备，需要稳定供应温度约为 125 摄氏度的加压蒸汽。这通常由电力或燃料驱动的锅炉提供，但在许多农村地区，尤其是在发展中国家，电力可能不可靠或无法使用，而且燃料价格昂贵。

现在，麻省理工学院和印度理工学院的一组研究人员提出了一种被动产生所需蒸汽的方法，仅使用阳光的能量，无需燃料或电力。该设备需要大约 2 平方米(或码)的太阳能收集器来为典型的小型诊所高压釜供电，可以在偏远地区以低成本维护安全、无菌的设备。原型机在印度孟买成功测试。

麻省理工学院研究生 Lin Zhao、麻省理工学院教授 Evelyn Wang、麻省理工学院教授 Gang Chen 以及麻省理工学院和 IIT Bombay 的其他 10 人在Joule杂志上对该系统进行了描述。

新系统的关键是使用光学透明的气凝胶，这是王和她的合作者在过去几年开发的一种材料。该材料本质上是一种由二氧化硅(沙滩材料)制成的轻质泡沫，主要由空气组成。这种材料虽然很轻，但提供了有效的隔热效果，将热损失率降低了十倍。

这种透明绝缘材料被粘合到本质上是现成的太阳能热水生产设备的顶部，该设备由带有吸热黑色涂层的铜板组成，并粘合到底部的一组管道上。当太阳加热板时，流经下面管道的水会吸收热量。但是通过在顶部添加透明绝缘层，加上板两侧的抛光铝镜，将额外的阳光直接照射到板上，该系统可以产生高温蒸汽而不仅仅是热水。该系统利用重力将水从水箱中送入板中;然后蒸汽上升到外壳顶部并通过另一根管道送出，该管道将加压蒸汽输送到高压釜。

由于大部分发展中国家都面临着可靠电力或负担得起的燃料供应有限，“我们认为这是一个机会，可以考虑如何在满足以下条件的情况下创建低成本、被动、太阳能驱动的系统来产生蒸汽高压灭菌或医疗灭菌所必需的，”机械工程系 Gail E. Kendall 教授兼机械工程系主任 Wang 解释说。

她说，能够在孟买测试该系统是一种奖励，因为这座城市的“相关性和重要性”可能会从这种低成本的蒸汽发生设备中受益。

在孟买的测试中，即使天空多云，与晴天相比，仅提供 70% 的日照，但该设备成功地产生了所需的半小时灭菌所需的饱和蒸汽。

测试是用一个小规模的单位进行的，只有大约四分之一平方米，大约手巾的大小，但它表明蒸汽产生率是足够的，一个类似的单位在 1 到 3 平方米之间赵说，米足以为通常用于医生办公室的那种台式高压灭菌器供电。

此类设备实际部署的主要限制因素是气凝胶材料的可用性。由 Elise Strobach 博士 '20 创立的一家公司，他是本文的合著者，已经在尝试扩大透明气凝胶的生产，用于高热效率窗户。但到目前为止，这种材料只能使用相对昂贵的实验室级超临界干燥设备小批量生产，因此这种灭菌系统的广泛采用可能还需要几年时间，研究人员说。

由于除气凝胶本身之外的其他组件已经在整个发展中国家以低成本广泛使用，因此此类系统的制造和维护最终可能会在使用它们的地区实用。赵说，四分之一平方米原型所需的零件不到 40 美元，因此一旦必要的气凝胶材料商业化，一个足以用于典型小型高压釜的系统可能要花费 160 美元左右。“如果我们能获得气凝胶的供应，整个设备就可以在当地与当地供应商合作，”他说。

该团队表示，该过程还可用于各种其他目的。例如，许多食品和饮料加工系统依赖于高温蒸汽，而高温蒸汽通常由化石燃料动力锅炉提供。他们说，提供蒸汽的被动太阳能系统将消除燃料成本，因此在许多行业中可能是一个有吸引力的选择。

最终，这种系统应该比将阳光聚集十倍或更多以产生蒸汽的系统更具成本效益，因为这些系统需要昂贵的镜子和支架，而不是这种基于气凝胶的方法的简单性。

“这是一个重大进步，”加州大学伯克利分校机械工程教授、劳伦斯伯克利国家实验室副主任拉维普拉舍说，他没有参与这项工作。“以高能效产生高温蒸汽一直是一个挑战。作者在这里实现了两者。”

“研究的质量非常高，”普拉舍补充道。“对于无法获得可靠电力的低收入社区来说，获得被动消毒技术是一件大事。因此，麻省理工学院团队开发的被动太阳能装置在这方面非常重要。”