「空氣造水」機,這發明能造福全人類!

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哇,太棒了。

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:

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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。」

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「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。

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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。

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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。

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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。

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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。」

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「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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「語音合成由賽微科技提供」

來源:Science Alert