科学家制造出了从空气中收集水的装置，就像星球大战中的那样 | 早期实验室

编者按：还记得星球大战中卢克天行者的星球吗？那里干枯一片，主角他们竟然可以用蒸气器来从空气中获取水分。据《科学美国人》报道，科学家们正在致力于将这一情景变成现实，以造福干旱地区的人类。

在1977年的“星球大战”电影中，主角卢克天行者绝望离开他的Tatooine星球，在那里他的家人使用称为“蒸气器”的设备从大气中收集水分。在地球上炎热干燥的沙漠中，水分是生存的重要前提。

这个从空气中吸收水分的想法可以在现实世界中提供饮用水吗？研究人员正在努力将科学从科幻转变成现实。现在，一项新的研究表明，即使在干旱的沙漠条件下，一个装置也可以使用太阳能收集空气中的水分。

如果你在一个炎热、潮湿的夏日拿着一杯冰水，你会注意到在玻璃外面形成的水滴。星球大战中Tatooine星球上的蒸气器可能使用类似的原理。暖空气被冷却会产生冷凝水，然后就可以收集。雨实际上是同一原理的自然现象。当温暖、潮湿的空气冷却时，它失去维持其含水量的能力，降水以雨滴的形式发生。

空气中携带水蒸汽，空气温度越高、相对湿度越高，其可以携带的水蒸气越多。因此，从空气中产生水的技术最适合于温暖潮湿的气候。在100％湿度下，40℃的空气中每立方米空气中含有约51毫升水。在10℃的相同湿度下，空气只有9.3毫升。

如果我们将空气从40℃冷却到10℃，我们应该能够提取每立方米空气的水分差为41.7毫升。在目前的技术条件下，我们每小时可以生产147升的水，大约与18台热水壶的容量相同。

在较低的湿度下（如在沙漠中），空气中水分较少，因此该系统的效率较低。你必须冷却更多的空气来提取相同数量的水，这就需要更多的能量。这对于缺水最严重的国家来说太贵了，他们需要的是更有效的捕获水蒸气的方式。

从空气中吸收水分的最简单方法是采用被动的冷却科技，为雾或水蒸气冷凝提供了一个良好的表面。材料和表面质量的选择对于最大限度地收集水是至关重要的。例如，智利农民使用钢丝网来吸水。研究人员已经表明，通过添加吸引水分子的特殊涂层，可以使其更加高效。

主动冷却

此外，我们还有主动冷却技术，例如类似于我们在空调系统和冰箱中使用的制冷循环。我们还可以使用固态热电冷却，这涉及到称为珀尔帖效应的东西。

1834年，法国物理学家Jean-Charles-Athanase Peltier发现了一个有趣的现象。如果用由铜和铋金属线制成的电路运行电流，则在电流从铜流到铋的点发生温度升高，并且在电流从铋流到铜的地方发生温度下降。这意味着通过消耗电能，我们可以提供没有任何流体或运动部件的冷却效果。

但MIT的科学家现在已经展示了另一种可以更有效率的技术，它们使用了由太阳能驱动的有机金属框架。据《科学》杂志描述，该技术使用金属，并且可以很容易地捕集水蒸气，然后使用来自太阳的热捕获释放的有机分子组成的网络。

据报道，在相对湿度低至20％的环境中，无需任何其他外部电源，一公斤这种材料每天可以收获2.8升的水。这使得它非常适用于世界的干旱或沙漠地区。

另一个替代方案是使用更简单的冷却技术，但降低成本。我们一直在开发一种使用旧冰箱和冰柜的空气系统，使用旧的电脑风扇和手机充电器等其他回收组件。我们希望创造一个低成本的系统，在发展中国家也可以使用，特别是可以用太阳能电池板来给系统供电。

在这一领域的未来工作将包括使用特殊的表面涂层来提供不粘表面（如水滴的表面）以便收集，在正在进行的有机金属框架研究之外，创建更有效的系统。另一个挑战是空气污染。在世界的某些地方，可能需要特殊的过滤和处理才能使被捕获的水达到安全饮用标准。

但这项技术正在迅速发展。

作者：阿明·哈比比

诺丁汉特伦特大学智能工程系教授