科技前沿

　　水资源短缺一直是困扰人类的最大问题之一，而据科学家估算，大约有13万亿升淡水分布在大气中，大约相当于地球全部淡水的10%。因此，科学家一直在研发相关技术，希望从大气中采集淡水。

　　在空气潮湿的地区，从大气中采水已被证实可行，但问题是，空气干燥的地区，如沙漠地区，才是缺水严重、更需要大气水采集技术的地方。我们能从干燥的空气中“吸出”淡水吗？这简直是异想天开，然而却实现了——美国加州大学伯克利分校的科研团队利用空气采水新装置，仅辅以太阳光的协助，在亚利桑那州沙漠成功从空气中吸收水蒸气，制造出可饮用的淡水。

　　广州日报全媒体记者 温俊华 编译

　　沙漠采水前景广阔

　　在亚利桑那州沙漠的实验中，亚吉团队用1千克MOF801收集到了200毫升的水，即MOF801能吸收自身重量约20%的水。

　　由于金属锆的价格高达每千克150美元，用其为材料采水成本太高，亚吉团队又利用金属铝开发出了铝基金属有机框架MOF303，成本仅为前者的1/150，而且吸水能力还更强，有望实现每千克材料每天收集400毫升水。

　　“低成本的大气采水技术已经引起了商业机构的极大兴趣，已经有好几家初创公司尝试开发可商业推广的淡水收集器。铝基金属有机框架令大气采水商业化变得可行，因为它很便宜。”亚吉说。

　　全世界有21%的陆地面积为沙漠，在如此广阔的沙漠中生存和活动，水资源必不可少。想象一下，如果淡水收集器技术成熟并得以商业推广，沙漠或干旱地区的每个家庭都有一个仅仅使用太阳能就能从空气中获得生活用水的新型装置，可以在非常低的湿度和低成本下每天循环提取可饮用的水，那将是非常理想的选择。

　　此外，亚吉团队还根据不同的温度和湿度条件测试淡水收集器的性能，使设备无论在亚利桑那州、地中海或其他地方，都能因应不同的气候条件发挥最大功效。

　　“亚利桑那州沙漠实验是大气采水技术的一个关键突破，它实现了低湿度运作，低湿度是全世界干旱地区共同面临的气候条件。”亚吉说，他希望淡水收集器在零下湿度的环境中也能收集水。

　　因此，亚吉正在急切地等待下一场现场测试——在今年夏末，他和团队将带着铝基MOF前往位于莫哈韦沙漠与科罗拉多沙漠的死亡谷，这里白天温度高达43摄氏度，夜间湿度低至25%，他们会成功吗？

　　去年10月，来自加州大学伯克利分校的科研团队带着他们新型的“吸水”设备来到了亚利桑那州的沙漠，这台淡水收集器被放在了一户人家的后院，它的任务是从沙漠空气中“吸出”淡水。

　　前所未有的仅靠阳光实现沙漠采水

　　沙漠里空气湿度的昼夜差别为这个“不可能的任务”提供了机会——亚利桑那州沙漠白天的空气湿度低至8%，但晚间空气湿度则有40%——利用湿度差，科研人员想出了“夜间收集水汽，白天利用太阳能蒸馏淡水”的方法。实验结果正如他们的设想：这台淡水收集器在一个夜晚/白天循环里成功采集到200毫升淡水。

　　“这是前所未有的。”新型淡水收集器的发明者亚吉说，“仅靠阳光，没有额外的能量输入，我们就可以在沙漠中收集水。这次的沙漠采水实验让我们真正把‘收集空气水’这个话题从一个有趣的现象变成了一门可行的科学。”

　　亚吉是世界化学界金属有机框架（简称MOF，一类具有高比表面积、低晶体密度的固体多孔材料）领域的先驱，目前是加州伯克利大学“詹姆斯和尼尔泰·特雷特”讲席化学教授，同时也是劳伦斯伯克利国家实验室的成员。几年前，亚吉就创造了MOF801，这种固体多孔材料以金属锆为主要原料，能轻易吸收液体和气体，且能在被加热后迅速将液体蒸馏释放。

　　去年，亚吉突发奇想地做了个小实验，想看看设备能否在一夜之间从周围的空气中收集水汽，并利用白天太阳的热量令水汽蒸馏成水。于是，亚吉团队和麻省理工的机械工程师合作，把MOF801制成淡水收集器。他们用不到两克的MOF801建造了一个小模型，尽管研究人员无法收集从而精确地测量这个模型收集的水，但模型的玻璃壁被蒙上了一层水汽——这证明了亚吉的设想可行。接下来，就有了亚利桑那州沙漠的扩大规模实验。

 　　 结构淡水收集器：

 　　 “超级海绵”

　　在了解淡水收集器如何工作之前，让我们先认识一下MOF801。把MOF801放在透视图中，我们可以看到这种固体多孔材料内存在非常多的内部通道和孔，这使得一个方糖大小的MOF就具有六个足球场大小的内表面积——而这就是他们能够从最干燥的空气中挤出水分的秘密。从某种意义上说，它们就是超级海绵。

　　从外表看，淡水收集器实际上是一个双层的正方体盒子，外层透明塑料盒子的主要作用是隔热。内盒里，一个2平方英尺大小的MOF801晶体床被压缩于太阳光吸收器和冷凝板之间。

　　淡水收集器外层的太阳能板在晚上打开，内盒的MOF从空气中吸附水蒸气；白天，外层太阳能板闭合并负责加热，促使水蒸气释放进入冷凝板，在冷凝板上凝结成液态水，通过吸管滴入用于收集水的容器。