科學家創造出能從沙漠空氣中吸收水分的設備

當提到到未來的挑戰時，最大的挑戰之一就是缺水。在一個變暖的星球上，我們會有大量的海水，但在適當的地方，沒有足夠的乾淨淡水讓每個人來喝。

雖然大量的研究集中在海水淡化，但有一組科學家現在提出另一個可能的解決方案，一項裝置可以從稀薄的空氣中抽出淡水，甚至是在濕度低至20％的地方，一切它所需要的是陽光。

這可能聽起來太棒，以至於無法成真，但到目前為止，這項研究是確實的。這個被命名為「太陽能收割機(solar-powered harvester)」的設備是由來自麻省理工學院和加州大學柏克萊分校的團隊，使用名為金屬有機框架(metal-organic framework，MOF)的特殊類型材料創造出來的。

您可以在下面看到這項設備：

麻省理工學院

說清楚一點，它現在還在雛型階段，而且在相當有限的情況下進行測試，但到目前為止，測試結果剛剛發表在科學(Science)期刊。

來自加州大學柏克萊分校的研究人員之一Omar Yaghi說：「這是長期挑戰在低濕度空氣中收集水的一項重大突破。」

「除了使用額外的能源，現在沒有其他方法來做。你家裡的電動除濕器會「產生」非常昂貴的水。」

世界上3分之2的人口正在經歷著缺乏乾淨的水，但據估計，全世界大約有13，000兆公升的水存在於我們周圍的空氣中。

到目前為止，這個雛型設備在20％至30％濕度的條件下進行測試，並且能夠在12小時內，使用1公斤(2.2磅)的MOF從空氣中抽出2.8公升(3夸脫)的水。

在麻省理工學院的屋頂上也進行了成功的測試，顯示它在現實世界的條件下行得通。

這個團隊表示，這個設備可以輕鬆地擴大規模，為一個家庭提供一天所需的淡水。

Yaghi說：「未來的一個願景是不用電網來收集水。在家裡，您可以有一個靠周遭的太陽能運作的設備來運送水，以滿足家庭的需求。」

「對我來說，因為這個實驗而變得有可能，我稱之為特製化的水(personalized water)。」

Yaghi研究第一個MOF超過20年。不同於一般的金屬片，MOF是金屬與有機分子結合的結構，像是鎂或鋁，排列方式形成了適於儲存氣體或液體的剛性多孔結構。

從此，世界各地的研究人員創造出超過2萬個不同種類的MOF，並且已經用來捕獲二氧化碳，以及有效地儲存化學物質，例如氫氣或甲烷。

加州大學柏克萊分校和柏克萊實驗室

在太陽能收割機中使用的MOF，如上所示，在2014年被合成，並且包含會黏結水蒸汽的鋯(zirconium)金屬與己二酸(adipic acid)的組合。

麻省理工學院的團隊然後取出這個MOF的灰塵大小的晶體，並將它們壓縮在太陽能吸收器和冷凝器板之間，接著把整個物體放在暴露於外部空氣的隔間內。

當周遭空氣經由MOF晶體擴散時，水分子附著在內部表面上。系統的X射線衍射研究顯示，水蒸汽分子通常是8個聚集成組，形成立方體。

陽光然後對MOF加熱，並將黏結的水推向冷凝器，冷凝器的溫度與外部空氣相同。蒸汽凝結成液態水，然後滴入收集器來提供乾淨的飲用水。

麻省理工學院團隊領導人Evelyn Wang說：「這項工作提供了一種從空氣中收集水的新方法，不需要高相對濕度條件，而且比現有的其他技術更節能。」

雖然聽起來很棒，但這個團隊承認還有很多的改進和微調空間，來使這個設備更有效率。

目前這個MOF只能吸收它的重量的20％的水，但其他MOF材料有可能吸收超過40％。

這個材料也可以被調整在更高或更低的濕度程度下更有效率。

Yaghi說：「我們不只是做出一個被動設備，放在那裡收集水;我們現在還擺放了實驗和理論基礎，以便於能夠篩選其他數千個MOF，來找到更好的材料。」

「有很大的潛力來增加收集的水量，現在只是進一步工程的問題。」

他補充：「為了一直收集水，你可以設計一個系統在夜間吸收濕氣，然後在白天釋放。」

「或是設計太陽能收集器，來讓這個系統的速度更快，有更多的空氣被推入。我們想證明，如果你被隔絕在沙漠某個地方，你可以因為這個設備而生存下來。」

「一個人每天需要大約一個可樂罐的水量。用這個系統，可以在不到1個小時內就收集到。」

這項研究發表在科學期刊(Science)。

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