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用太陽能從沙漠空氣中收集水? 科學家已經喝過了

http://finance.sina.com   2018年06月13日 19:19   北京新浪網

  來源:科技日報

用鋁製成的新型MOF-303材料結構圖。用鋁製成的新型MOF-303材料結構圖。
金屬有機框架材料集水設備。金屬有機框架材料集水設備。

  美國研究人員近日開發並測試了一種“吸水”設備,可僅利用太陽能,在沙漠裏收集空氣中的水。

  水在地球上含量最豐富,約佔所有物質的70%,但人類實際可飲用的淡水只佔其中2.5%。隨着人口增長、氣溫上升,全球水危機也日益嚴重,這促使科學家們開始研發更好的水資源收集方式。多數研究集中在海水淡化技術,但也有少數研究在鑽研如何從乾燥空氣中“吸取”稀有水分。

  美國加利福尼亞大學伯克利分校奧馬爾·亞吉研究團隊在最新一期美國《科學進展》雜誌上發表論文介紹,他們前往亞利桑那州的沙漠中實測了這種設備,併成功收集到了空氣中的水。

  據介紹,該設備使用了名爲“金屬有機框架”(MOF)的固體多孔材料,這種由金屬鋯製成的材料極易吸收液體和氣體,且能在被加熱後迅速將它們釋放。這款新型集水設備,將多孔MOF晶體壓縮在太陽能吸熱器與冷凝板之間,其原理是當空氣流過MOF時,水分子被MOF束縛,接着等陽光照射加熱設備,水分子變成蒸汽,於箱子內部冷凝成液態水並往下滴入收集器中。

  實測中,設備裏的“金屬有機框架”在夜間吸收了空氣中的水,並在白天藉助太陽能加熱,將水排放到特定容器中。去年,團隊於學院大樓屋頂進行測試,條件與莫哈維沙漠相似(平均溼度約20%),12小時內從空氣中吸取了2.8公升水,創下令人驚訝的紀錄。

  這項技術不但不需要相對溼度高的條件,能源效率也比其他現有技術好。這次,團隊將測試地點移往斯科茨代爾沙漠地區,進行了現場實測。在那裏,相對溼度從夜間的40%下滑至白天的8%。而實測結果顯示,只要添加更多金屬有機框架材料,就算溼度極低,設備也能擴大規模吸收更多水分,平均每公斤MOF材料可收集220毫升水。

  研究人員表示,測試使用的MOF材料MOF-801由昂貴金屬鋯製成,所幸奧馬爾現在已經開發出由鋁製成的新型MOF材料MOF-303,價格可便宜至少150倍,目前在實驗室測試中捕獲到比MOF-801多兩倍的水,相當於每公斤MOF材料可生產超過400毫升(3杯)水。研究人員計劃今年晚些時候到更乾燥的地區測試這種鋁基集水設備。

  一個人每天至少要喝一杯罐裝可樂容量的水,而MOF設備能在一小時內收集到這些水量。科學家想證明,假如你不幸於沙漠中迷失方向,你可以靠這種設備活下來,堅持至救援出現。在加州大學伯克利分校公佈的影片中,一名研究人員真的喝下了這杯“水”。

  (據新華社) 

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