美國發明太陽能動力收割機，可憑空抽出淡水！將解決數十億人缺水？

每當談及人類未來面臨的挑戰時，最嚴峻的問題之一就是淡水資源的匱乏。地球上，我們有無窮無盡的海水資源，但足夠的清潔的淡水資源卻是極度匱乏的資源之一。近來，美國科學家開創性地找到一種新型材料，僅以空氣為原料即可源源不斷地產生生產出大量淡水。外媒表示，這一發明極有可能解決世界上大部分淡水資源極度匱乏的地區…

此前，關於淡水資源生產的研究大多數聚焦于海水淡化上，這種方法無一例外地通過海水的蒸發、冷凝和捕獲過程來生產淡水，其能源成本佔據總成本的50%以上！

不過，來自麻省理工學院（MIT）和加州伯克利分校的研究團隊想到了另一種解決方案，即利用一種被稱為金屬有機框架（MOF，Metal Organic Framework）的特殊材料研製出「太陽能動力收割機」，僅利用太陽光就能從空氣中「抽出」淡水，即使在沙漠稀薄的空氣中也毫不費力！

金屬一有機框架材料(MOFs)是近十年來發展迅速的一種配位聚合物，具有三維的孔結構，一般以金屬離子為連接點，有機配位體支撐構成空間3D延伸，是沸石和碳納米管之外的又一類重要的新型多孔材料，在催化、儲能和分離中都有廣泛應用。目前，MOF已成為無機化學、有機化學等多個化學分支的重要研究方向。

在去年，麻省理工學院的研究人員就已經在屋頂上進行了樣機測試，得到的結果更是令人難以置信（研究結果發表在《Science》上）。在濕度僅為20%的環境中，原型樣機消耗1kg的MOF即可從空氣中抽出2.8L淡水，相當於一個成年人一天的飲水量。

目前，第一次實際測試已在亞利桑那州斯科茨代爾的沙漠地區展開。最新實驗中，在相對濕度區間為8%（晝）-40%（夜）的環境里，研究人員利用1kg的MOF-801可以得到約200ml淡水。MOF-801由昂貴的金屬鋯製成，並不易大規模製造，不過研究人員表示目前已經研發出了一種新型的MOF-303，成本僅為前者的1/300，且抽水量提升了一倍！

MOF與常規的金屬片材不同，它由金屬與有機分子所構成，形成了適合儲氣或儲液的剛性多孔結構。當環境中空氣分子擴散進MOF晶體中時，水分子會附著在內表面。然後陽光將MOF加熱並把被束縛的水分子帶至冷凝系統，最終收集到潔凈的淡水。在對MOF晶體的XRD（X射線衍射）分析研究中得到，水蒸氣分子會聚集成一個8分子立方體結構。

這種設備可以在常規環境溫度下運行，且無需額外的能量輸入就可以在沙漠中獲取水分。研究表明，Al-MOF低廉的成本非常適用於淡水的生產，且通過增大MOF用量可以輕鬆地擴大「太陽能收割機」的規模。

如今，地球上約有1/3的人口面臨著缺水的惡劣條件，預計到2025年這一數字將躍升至35億！該技術一旦成熟並商業化，勢必輕鬆解決乾旱地區數以億計的人口缺水問題！不過，也有人表示擔憂，認為從空氣中抽取水分會加劇空氣的水分流失，破壞自然界水平衡…

文/朱張航宇

該研究已發表在《Science Advances》上

參考文獻：Practical water production from desert air, Science Advances, 08 Jun 2018: Vol. 4, no. 6, eaat3198, DOI: 10.1126/sciadv.aat3198

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