從空氣中擰出水來

8月8日，人類以歷史最快速度進入「地球生態超載日」——這意味著，在去年8月13日的基礎上，又提前5天將全年的自然配額使用殆盡，水資源首當其衝。

水是生命之源，尋找新的水資源將成為嚴峻的現實問題。科學研究揭示，全球大氣中含有約12.9萬立方千米的水，相當於世界上所有江河水量的6倍多。大氣中，約有98％的水分始終保持蒸氣狀態，其餘2％會作為雨或雪在地面和空中往複。大自然通過蒸發和凝聚循環，保持了這個比例相對穩定。可見，空氣中蘊藏著巨大的淡水資源，只要有空氣的地方，就有水源。如果能從空氣這個取之不盡、用之不竭的天然水「水庫」中取得源源不斷的水，將打破地域的局限性，帶來取水方式的巨大變革。

對沿海內陸地區來說，從空氣中取水是錦上添花；對乾旱沙漠地區來說，更是雪中送炭。從空氣中製取水，就地取材是其最大優勢，幾乎全球所有的地方都可以利用空氣中的水分。即使在最乾旱的環境中，在不影響當地自然生態環境的前提下，也能從空氣中製取足夠的水。比如撒哈拉沙漠地區，在正常氣壓下，那裡每立方米的空氣中含有8克水，這相當於在一個普通房間大小的空間內約有1斤水。而且，這種水資源取之不盡，完全能滿足人們對飲用水的需求。

要從空氣中擰出水來，科學家想出了不少方法。比如，仿生法取水。這種方法主要是模仿沙漠中仙人掌和豬籠草等生物的生存絕技，模擬其獨特的生理結構，從乾旱的空氣中收集水分。仙人掌內部複雜的網路輸水效率高，豬籠草體內塗滿黏液的光滑表面可以減少水滴在運輸過程中的損耗。通過理論模型優化，將仙人掌刺的不對稱、豬籠草幾乎無摩擦塗層等特點結合起來，可以設計出效果不錯的仿生材料，並通過3D列印技術進行生產。這種方法面臨的主要挑戰是，如何控制水滴大小、形成速度及其流向。為有效提高仿生材料富集水的效率，可以在材料粗糙的表面塗上一層潤滑劑，讓仿生材料表面的摩擦力近乎為零，有利於讓水滴在材料中有方向地流動，從而加速空氣中水汽的凝結速度。

機電法收集空氣中的水分已算不上是新發明，商用和家用空氣制水機已經存在。空氣制水機原理類似於抽濕機，吸入的是潮濕空氣，排出的是乾淨的水。普通的電壓縮——擴張制冷機工作原理模擬大自然的降雨現象，利用電製冷技術將空氣冷卻，水汽冷凝並集聚成水，再對收集起來的水利用逆滲透凈水技術，通過多層級過濾、殺菌消毒生產出潔凈的飲用水。因此，要從空氣中提取水，必須先收集空氣，這一過程實際上就是對水進行富集。空氣制水機的制水能力主要取決於空氣環境濕度的大小，濕度越大，制水越容易。

空氣制水看似簡單，實則技術要求特別高。現有空氣制水的機器具有很大的局限性：能耗太高，成本太大。而改進型空氣制水機是先將水汽與空氣分離，再讓水汽進入冷凝器。這類制水機的核心部分是一個水分吸收系統，利用乾燥劑先將水汽與空氣分離，乾燥劑吸收的水汽可以利用低品位熱能或太陽能將其釋放出來，然後由普通的製冷系統將其冷凝成水。這種類型的制水機比普通制水機可節能約65%。

從空氣中取水不僅能為乾旱缺水地區的人們帶來福音，還可應用于軍事後勤保障、醫療衛生等。目前，影響空氣制水技術進入市場的最大問題是成本：空氣制出每1立方米水，約花費67元，而海水淡化每1立方米水，成本約為5元，差距很明顯。隨著技術的進步，如果空氣制水成本能降低到比淡化海水或處理污水低，那麼，這種方法將會具有廣闊前景。

總之，從空氣中製取水實用性強、前景廣闊，關鍵要加快技術創新，找到更廉價、更高效的吸濕或仿生材料。

(責編：海聞)

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