淡水在世界許多地方都很稀缺,必須付出巨大代價才能獲得。為此,靠近海洋的社區可以淡化海水,但這樣做需要大量能源。遠離海岸,實際上唯一剩下的選擇通常是通過冷卻來冷凝大氣濕度,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變化的“被動”技術。然而,使用目前的被動技術,如集露箔,只能在晚上提取水。這是因為白天太陽會加熱箔片,這使得冷凝不可能發生。

研究人員開發出一種技術,首次允許他們24小時不間斷地從濕氣中收集飲用水

自冷卻和輻射防護


蘇黎世聯邦理工學院的研究人員現已開發出一種技術,該技術首次允許他們 24 小時不間斷地收集水,即使在烈日下也無需能量輸入。新設備主要由一塊特殊涂層的玻璃板組成,它既可以反射太陽輻射,又可以將自身的熱量通過大氣輻射到外層空間。因此,它會將自身冷卻至比環境溫度低 15 攝氏度(59 華氏度)之多。在這個窗格的下面,空氣中的水蒸氣凝結成水。該過程與在冬季隔熱較差的窗戶上觀察到的過程相同。


科學家們在玻璃上涂上了專門設計的聚合物和銀層。這種特殊的涂層方法使玻璃板以特定波長窗口向外太空發射紅外輻射,不會被大氣吸收,也不會反射回玻璃板。該設備的另一個關鍵元素是一種新型的錐形輻射屏蔽。它在很大程度上偏轉來自大氣的熱輻射并保護玻璃板免受太陽輻射的影響,同時允許設備向外輻射上述熱量,從而完全被動地自我冷卻。


接近理論最佳值


正如在蘇黎世 ETH 建筑物屋頂在真實世界條件下對新設備的測試所顯示的那樣,新技術每單位面積每天產生的水量至少是當前基于箔的最佳無源技術的兩倍:小型飛行員在實際條件下,玻璃直徑為 10 厘米的系統每天可輸送 4.6 毫升的水。具有更大窗格的更大設備會相應地產生更多的水??茖W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最多可以收集 0.53 分升(約 1.8 液量盎司)的水。這接近每小時 0.6 分升(2.03 盎司)的理論最大值,這在物理上是不可能超過的,Iwan H?chler 說。他是Dimos Poulikakos小組的博士生。


其他技術通常需要從表面擦拭冷凝水,這需要能量。如果沒有這一步,很大一部分冷凝水將附著在表面上,無法使用,同時阻礙進一步冷凝。蘇黎世聯邦理工學院的研究人員在他們的水冷凝器的玻璃板底部應用了一種新型的超疏水(極防水)涂層。這會導致冷凝水自行形成珠狀并流動或跳出。與其他技術相比,我們的技術無需任何額外能源即可真正發揮作用,這是一個關鍵優勢,H?chler 說。

研究人員開發出一種技術,首次允許他們24小時不間斷地從濕氣中收集飲用水

研究人員的目標是為缺水國家,特別是發展中國家和新興國家開發一種技術?,F在,他們說,其他科學家有機會進一步開發這項技術,或將其與海水淡化等其他方法相結合,以提高產量。涂層玻璃的生產相對簡單,建造比當前試點系統更大的水冷凝器應該是可能的。與太陽能電池具有多個模塊相鄰設置的方式類似,多個水冷凝器也可以并排放置以拼湊一個大型系統。


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