科學家開發新技術可24小時不間斷地從空氣中收集水
據外媒報導,世界上許多地方的淡水資源都很稀缺,必須花大價錢才能獲得。靠近海洋的社區可以為此目的淡化海水,但這樣做需要大量的能源。在離海岸更遠的地方,實際上剩下的唯一選擇是通過冷卻來冷凝大氣中的濕度,要么通過同樣需要高能量輸入的過程,要么使用利用晝夜溫差的“被動”技術。然而,目前的“被動”技術,如收集露水的薄膜,只能在夜間提取水。這是因為太陽在白天加熱薄膜,這使得凝結不可能。
自我冷卻和保護免受輻射
蘇黎世聯邦理工學院的研究人員現在已經開發出一種技術,首次使他們能夠24小時不間斷地收集水,即使在烈日下也不需要輸入能量。這種新設備基本上由一個特殊塗層的玻璃窗組成,它既能反射太陽輻射,又能通過大氣層將自身的熱量輻射到外太空。因此,它可以將自己的溫度降低到低於環境溫度15攝氏度(59華氏度)。在這個窗格的下面,空氣中的水蒸氣凝結成水。這個過程與冬季在隔熱性能差的窗戶上可以觀察到的情況相同。
科學家們在玻璃上塗上特別設計的聚合物和銀層。這種特殊的塗層方法使窗格以特定的波長向外太空發射紅外輻射,不會被大氣吸收,也不會反射到窗格上。該裝置的另一個關鍵因素是一個新穎的錐形輻射防護罩。它在很大程度上偏轉了來自大氣層的熱輻射,並屏蔽了窗格的入射太陽輻射,同時允許該裝置向外輻射上述熱量,從而完全被動地自我冷卻。
接近於理論上的最佳狀態
正如在蘇黎世的ETH大樓屋頂上對新設備進行的實際測試所顯示的那樣,新技術每天每個區域的產水量至少是目前基於鋁箔的最佳“被動”技術的兩倍:在實際條件下,窗格直徑為10厘米的小型試驗系統每天提供4.6毫升的水。具有更大窗格的更大設備將相應地產生更多的水。科學家們能夠證明,在理想條件下,他們每小時每平方米窗格表面可以收穫多達0.53分升(約1.8液盎司)的水。Iwan Hächler說:“這接近理論上的最大值,即每小時0.6分升(2.03盎司),這在物理上是不可能超過的。他是蘇黎世聯邦理工學院熱力學教授Dimos Poulikakos小組的一名博士生。”
其他技術通常需要將冷凝的水從表面擦拭乾淨,這需要能量。如果沒有這個步驟,很大一部分冷凝水會附著在表面上,仍然無法使用,同時阻礙了進一步的冷凝。蘇黎世聯邦理工學院的研究人員在他們的水冷凝器中的窗格底部應用了一種新型的超疏水塗層。這使得凝結的水結成珠子,並自動運行或落下。“與其他技術相比,我們的技術可以在沒有任何額外能量的情況下真正發揮作用,這是一個關鍵優勢,”Hächler說。
研究人員的目標是為缺水的國家,特別是為發展中國家和新興國家開發一種技術。他們說,現在,其他科學家有機會進一步發展這項技術,或將其與其他方法相結合,如水的脫鹽,以增加其產量。鍍膜板的生產相對簡單,而且建造比目前試驗系統更大的水冷凝器應該是可能的。類似於太陽能電池的特點是幾個模塊彼此相鄰,幾個水冷凝器也可以並排擺放在一起,組成一個大型系統。