KAUST研究人员开发的太阳能水收集器在夏季每天可以提取2-3升水。Credit: 2024 KAUST;Heno黄
由KAUST开发的一种新型太阳能水收集器利用自然植物过程的自我维持循环，有效地从空气中提取水，不需要人工维护，并有望为干旱地区提供经济实惠的水解决方案。
即使在世界上的干旱地区，空气中通常也有一些水分。这些水分有可能为饮用和灌溉提供必需的水。然而，从空气中提取水分是一项挑战。KAUST的研究人员开发了一种新技术，可以每天从稀薄的空气中持续提取升水，而无需定期人工维护。
从空气中收集水并不是一个新想法，甚至不是一项新技术，但现有的太阳能系统很笨重。
太阳能收割机的工作分为两个阶段。一种吸收材料首先从空气中捕获水分，一旦水分饱和，系统就被密封起来，用阳光加热以提取捕获的水分。在这两个阶段之间交替需要人工或切换系统，这增加了复杂性和成本。KAUST开发的新收割机不需要任何东西-它被动地在两个阶段之间交替，因此它可以连续循环而无需干预。
灵感来自大自然的创新设计
领导这项研究的博士后杨凯杰说:“我们最初的灵感来自于观察自然过程:特别是植物如何通过特殊的结构有效地将水从根部输送到叶片。”
这给了团队新系统的关键想法。杨解释说:“在我们的系统中，大众运输桥梁作为连接大气水捕获的‘开放部分’和淡水生成的‘封闭部分’的关键作用。”
大众运输桥梁是垂直微通道的集合，里面充满了吸收水分的盐溶液。富含水分的盐溶液被毛细管作用拉上通道，就像把水拉上植物茎一样，然后浓缩的盐溶液扩散回去收集更多的水。另一位参与该项目的博士后潘婷婷表示:“通过优化系统内的质量和热量传输，我们提高了系统的效率和有效性。”
在沙特阿拉伯对该系统进行测试时，夏季每平方米每天产生2-3升水，秋季每天产生约1-3升水。在测试期间，团队在不需要维护的情况下运行了系统数周。他们还表明，它可以作为灌溉白菜和沙漠树木的直接点源。
“我们使用的材料是吸湿织物、低成本吸湿盐和塑料框架。我们根据材料的可负担性和可用性来选择材料，因此我们预计在低收入地区大规模应用的成本是可以承受的，”该研究的资深作者之一甘乔强说。
参考文献:“用于离网淡水发电和灌溉的太阳能驱动大气水提取器”，作者:杨凯杰、潘婷婷、Nadia Ferhat、Alejandra Ibarra Felix、Rebekah E. Waller、洪培英、Johannes S. Vrouwenvelder、甘乔强和韩宇，2024年7月24日，《自然通讯》。DOI: 10.1038 / s41467 - 024 - 50715 - 0
