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美國麻省理工學院研究出一種新的霧氣取水系統

時間：2013-09-29 09:40:47 作者： 　來源：科學時報

面對日益緊張的淡水資源，人類不斷想出跨區域調水、海水淡化等方法，以此解決淡水供應問題。近日，美國麻省理工學院（MIT）研究人員表示，他們研究出一種新的霧氣取水系統，可以將傳統的空氣取水效率提高5倍以上。

眾所周知，地球上的淡水含量僅占全球總水量的2.53%，其中68.7%屬于固體冰川，分布在難以利用的高山和兩極地區。目前，人類能直接利用的淡水取自地下水、湖泊淡水和河床水。然而，這些淡水資源正變得越來越稀缺，尤其是在沙漠和海島地區。

解決這些地區淡水供應問題的傳統方法包括交通運輸和海水淡化兩種途徑。但是，交通運輸成本較高，海水淡化對鹽水稀少的地區并不適用，都無法廣泛使用。因此，人們開始尋找其它方法獲取淡水資源。

事實上，大氣中就富含淡水。據估算，大氣中含有大約14000立方米的水蒸氣，而地表的淡水總量不過1200 立方米。因此，科學家們就試圖從空氣中取水。

據了解，傳統的空氣取水技術主要分為兩種，一種是通過空氣冷卻器來實現。在濕空氣與表面溫度較低的冷卻器接觸的過程中，當溫度低于空氣露點溫度時，空氣中的水蒸氣就會凝結，從而在冷卻器表面產生一層水膜；另一種則是用吸濕性強的固體或液體干燥劑吸收空氣中的水分，再加熱解吸，凝結水蒸氣得到淡水。

中國和加拿大都曾研究出家用型空氣取水設備，它們的基本原理都是將過濾的空氣經過壓縮機、制冷劑冷凝成露水，最后通過紫外線殺菌、活性炭凈化后制成飲用水。

但是，單純應用制冷結露的方法能耗較大，能源利用效率較低，因此，并非最佳選擇。

2009年，德國弗勞恩霍夫學會下屬的界面工程處理和生物技術研究所研制出了一種利用吸濕/解吸方法的設備。這種設備完全依靠太陽能供電供熱，其核心技術是利用鹽水的吸濕作用吸收空氣中的水分。首先讓鹽水從一個塔形裝置頂部流下，并在這一過程中吸收空氣中的濕氣。然后將鹽水泵入一個數米高的真空容器，再利用太陽能加熱因吸收濕氣而被稀釋的鹽水，蒸餾出不含鹽的水分。

目前，該種方法的技術核心在于選擇何種吸濕/解吸材料，因為，它決定著能耗和效益的大小。

而此次美國麻省理工學院研究的空氣取水技術則是通過編織一張超大網絡，讓空氣中的細小水珠遇到網線后凝聚成大水珠而被收集。他們借鑒了某些沙漠昆蟲因風吹使霧珠圍著網絲表面旋轉而凝聚的原理，采用極細的不銹鋼作為網絲編織網絡，網絲之間的縫隙約2倍于網絲的粗細，并在網絲表面涂上一種容易讓水珠下沉的化學涂料。研究人員對外表示，在輕霧條件下可以讓系統獲得10%以上的取水率。

無獨有偶，早在2011年，來自澳大利亞斯威本科技大學的愛德華·利納克爾也是利用了生物模擬技術，從生活在非洲納米布沙漠的納米布甲蟲身上獲得靈感，利用溫差讓空氣冷凝成水。

不過，在中國水利水電科學研究院水資源研究所室主任王建華看來，理論上有需要從空氣中取水的都是比較干旱的地方，空氣中的水分本就較少，能從空氣中溢出的淡水十分有限。而空氣濕度大的地區，江河徑流、地下水必然很豐富，又不需要空氣取水。因此，他認為，這種方法可適用的范圍很小。

“最重要的是，空氣取水的技術并不成熟，它的投入產出嚴重不成正比�！彼�表示，目前尚沒有一個地區的生產生活用水靠的是這類技術。

他告訴記者，評價一個地區水資源的豐富程度，主要看當地水循環的更新能力�！耙驗橛辛颂�陽，地表水量始終處于循環的狀態。因此，只要人類的使用控制在水循環更新的范圍之內，水資源并不會真的枯竭�！蓖踅ㄈA坦言，“即便面臨水資源緊張的問題，與其從空氣取水，不如人人節約用水來得實際。”