這需要24小時的夜間和白天周期，但加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家已開發(fā)出一種裝置，可以在干燥的沙漠空氣中生產(chǎn)一杯水，僅使用陽光1。

關(guān)鍵在于開發(fā)分子粉末，金屬有機(jī)骨架(MOF)，它是高度多孔的，像海綿一樣吸收水分。

在有機(jī)玻璃盒頂部的框架中，粉末在潮濕，涼爽的夜晚用水飽和。在白天，它會在陽光加熱時釋放水分。水冷凝在盒子的側(cè)面，盒子的周圍是污垢，以保持低溫。

盒子只需要在晚上保持開放，在白天關(guān)閉。

“沒有這樣的事情，”今天發(fā)表的研究的第一作者奧馬爾·亞吉說，以及開創(chuàng)了對MOF研究的化學(xué)家。“在這里，我們有一種堅(jiān)固的分子海綿，可以從低濕度和干燥的大氣中探測水，并產(chǎn)生自來水，除了太陽光外沒有任何能量輸入。這是一個在此之前難以想象的進(jìn)步。“

Yaghi目前是加州大學(xué)伯克利分校的James和Neeltje Tretter主席，也是沙特阿拉伯阿卜杜勒阿齊茲國王科技大學(xué)的一名教師科學(xué)家，他稱之為“下一代設(shè)備”。

通過將金屬鹽與有機(jī)部分混合以產(chǎn)生多孔晶格狀結(jié)構(gòu)而制成的MOF以其吸水能力而聞名。去年4月，Yaghi，他的研究生Eugene Kapustin以及加州大學(xué)伯克利分校和麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于小型概念驗(yàn)證裝置的研究，該裝置在實(shí)驗(yàn)室條件下使用2克鋯基MOF 2在空氣中產(chǎn)生水滴。

在最新的工作中，加州大學(xué)伯克利分校的團(tuán)隊(duì)在16×16英寸的框架上使用了1千克厚度為1英寸的鋯MOF。在亞利桑那沙漠??的一次試驗(yàn)中，它產(chǎn)生了100克水。與先前的設(shè)備不同，在先前的設(shè)備中，熱電能被用于運(yùn)行冷凝器，這在沒有任何額外能量輸入的情況下運(yùn)行。

160美元的鋯價并不便宜，因此該團(tuán)隊(duì)著手在復(fù)制沙漠實(shí)驗(yàn)的條件下尋找在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試的替代方案。結(jié)果是鋁基框架MOF-303，當(dāng)與石墨結(jié)合時，產(chǎn)生175克水 - 幾乎是其兩倍，成本顯著降低。根據(jù)Yaghi的說法，鋁的價格僅為3美元。

它也更環(huán)保，因?yàn)楹铣墒窃谒羞M(jìn)行，而不是在有機(jī)溶劑中進(jìn)行。

Yaghi說，目標(biāo)是讓設(shè)備持續(xù)使用多年。鋁MOF經(jīng)歷150個連續(xù)循環(huán)，監(jiān)測波動并發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定。

團(tuán)隊(duì)似乎沒有考慮到的唯一因素是沙塵暴。“如果廣泛部署，它必須有一個過濾器，就像你的車?yán)镉羞^濾器一樣，”Yaghi反駁道。

他認(rèn)為，這項(xiàng)新技術(shù)的藍(lán)圖適用于全世界：“我們[現(xiàn)在]擁有數(shù)學(xué)關(guān)系，可以讓你建造一個適合任何沙漠氣候的盒子 - 無論是在中東，地中海還是撒哈拉沙漠。您所需要的只是太陽能圖，濕度水平和溫差?？梢允褂孟嗤腗OF - 只有盒子的配置會發(fā)生變化。“

Yaghi已經(jīng)與沙特阿拉伯利雅得的阿卜杜勒·阿齊茲國王科技城及其總裁圖爾·沙特·穆罕默德·沙特王子博士合作，共同研究納米材料和清潔能源聯(lián)合研究中心。

自然中東所采訪的所有科學(xué)家都認(rèn)為該技術(shù)很有意思，它表明了在低于30%的濕度條件下定制MOF的潛力，并且規(guī)模和現(xiàn)場試驗(yàn)代表了向前邁出的一步。

“這項(xiàng)研究證明了在干旱地區(qū)收獲水的概念。KAUST化學(xué)科學(xué)項(xiàng)目主席Mohammed Eddaoudi表示，基于相對便宜的起始材料設(shè)計和定位MOF的能力可以使MOF中的吸附更加接近沙漠中的負(fù)擔(dān)得起的水。KAUST海水淡化和再利用中心(WDRC)副教授王鵬對此表示贊同，并稱“作為一種自主陽光驅(qū)動的大氣水發(fā)生器，它運(yùn)作良好。”

潛力：在空中

英國巴斯大學(xué)化學(xué)工程系主任蒂姆梅斯說：“雖然這種表現(xiàn)是否會對'現(xiàn)實(shí)世界'產(chǎn)生重大影響尚不完全清楚，但這篇文章很聰明。”

它可能會促進(jìn)MOF開發(fā)和擴(kuò)大合成的進(jìn)一步工作，但該設(shè)備的“現(xiàn)實(shí)世界”影響似乎有待討論。

Yaghi設(shè)想從飲水機(jī)到家用水箱或集水農(nóng)場的應(yīng)用，其他專家并不那么自信。

Noreddine Ghaffour WDRC KAUST說：“沙漠人不會對水的克數(shù)感到滿意。”他的研究重點(diǎn)是改善現(xiàn)有海水淡化技術(shù)和節(jié)能工藝的性能。“概念證明有效。我們可以從低濕度的空氣中捕獲水。但是生產(chǎn)的水量太少了。“

英國巴斯大學(xué)水科學(xué)與工程教授，水資源創(chuàng)新與研究中心主任Jan Hofmann對此表示關(guān)注：“人類用水量約為每人每天150升，因此生產(chǎn)能力為MOF很低。對于1,000人來說，需要3,000噸MOF來滿足需求。這將意味著MOF在工業(yè)規(guī)模上的生產(chǎn)，據(jù)我所知，這還不存在。“

來自設(shè)備的水，因?yàn)樗钦麴s純的，在技術(shù)上不適合消費(fèi)。他指出，Yaghi和他的團(tuán)隊(duì)承認(rèn)進(jìn)一步的進(jìn)程，必須進(jìn)行再礦化以使其值得喝酒。

兩位科學(xué)家還對擴(kuò)大規(guī)模所涉及的工程問題表示擔(dān)憂 - 特別是能源效率，熱量和質(zhì)量傳遞。“這些[問題]在現(xiàn)在測試的系統(tǒng)規(guī)模相對較小的情況下是一個較小的問題，但在3000噸規(guī)模甚至100千克的范圍內(nèi)將是一個重要問題，”霍夫曼說。

目前的文件中沒有關(guān)于最新設(shè)備或MOF成本的信息。根據(jù)卡普斯汀的說法，沒有計劃進(jìn)行任何經(jīng)濟(jì)估計。“在大規(guī)模生產(chǎn)的情況下，有機(jī)玻璃，木材，水和有機(jī)連接器的成本可以忽略不計。更重要的是，與其他系統(tǒng)不同，我們的設(shè)備不需要額外的能源或太陽能電池板，“他說。

對于霍夫曼而言，新設(shè)備是值得追求的技術(shù)，盡管需要大量開發(fā)才能為應(yīng)用創(chuàng)建成熟的技術(shù)。

對于Ghaffour：“為了概念證明 - 是的，科學(xué)就在那里。也許這對小眾應(yīng)用和特定的電網(wǎng)情況都有好處。但實(shí)際上，我們不能把希望賣給那些等待水生活的人。“