高德注册新技术使星球大战式的沙漠湿润农业更进了一步

时间:2020-05-20 作者:河南《高德娱乐》 热度:
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高德娱乐-Q554258报导:  卢克·天行者不仅仅是个农民。在1977年的原版《星球大战》电影中,主角不顾一切地想要离开他的家乡塔图因星球,在那里,他的家人用一种叫做“蒸发器”的设备从大气中获取水分。在地球上炎热干燥的沙漠地区,水分耕作是一项重要的生存活动。
 
但是这个从空气中吸收水分来提供饮用水的原理在现实世界中可行吗?我和研究人员正在研究把科幻小说变成现实的技术。现在,一项新的研究已经证明了一种设备如何在干旱的沙漠条件下仅利用太阳能工作。
 
如果你在炎热潮湿的夏日坐在自家的花园里,手里拿着一杯冰水,你会注意到水滴在杯子的外面形成。塔图因星球大战的蒸发器可能使用了类似的原理。冷却温暖的空气会产生冷凝,这些冷凝物可以被收集起来。雨实际上是同样原理的自然现象。当温暖、潮湿的空气冷却时,它失去了保持其含水量的能力,降水以雨滴的形式出现。
 
空气本身携带水蒸气,空气越温暖,相对湿度越高,它携带的水蒸气就越多。所以从空气中产生水的技术最适合温暖和潮湿的气候。在百分之百的湿度下,40℃的空气中每立方米空气含有大约51毫升的水。在10℃的相同湿度下,空气中只含有9.3毫升。
 
如果我们把空气从40℃冷却到10℃,我们应该能够提取出这个水分差,也就是每立方米空气41.7毫升。在这些条件下,以目前的技术,我们每小时可以生产147升水,使用的能源大约相当于18个家用电水壶。
 
访问现场。作者提供的Amin Al Habaibeh
 
在湿度较低的地方,比如沙漠里,空气中水分较少,所以系统的效率就会降低。你必须冷却更多的空气来提取等量的水,这需要更多的能量。对于水资源短缺最严重的国家来说,这可能会使目前的技术过于昂贵。你需要的是一种更有效地捕捉水蒸气的方法。
 
从空气中汲取水分的最简单方法是使用无源技术,它为雾或水蒸气的凝结提供了一个凉爽的表面。材料的选择和表面质量是最大限度收集水的关键。例如,智利的农民使用钢网从雾中收集水。研究人员已经证明,通过添加一种吸引水分子的特殊涂层可以提高效率。
 
主动冷却
 
还有主动冷却技术,比如类似于我们在空调系统和冰箱中使用的制冷循环。你也可以使用固态热电制冷,这涉及到所谓的佩尔蒂埃效应。
 
1834年,法国物理学家Jean-Charles-Athanase Peltier发现了一个有趣的现象。如果你让电流通过由铜和铋金属线构成的电路,电流从铜流向铋的地方温度会上升,而电流从铋流向铜的地方温度会下降。这意味着通过消耗电能,我们可以在没有任何流体或运动部件的情况下提供冷却效果。
 
有机框架技术。麻省理工学院的照片来自伊芙琳·王的实验室。
 
但是来自麻省理工学院(MIT)的科学家们现在展示了另一种更有效的技术,使用一种由自然阳光提供动力的金属有机框架。这项技术被发表在《科学》杂志上,它使用了一个由金属和有机分子组成的网络,可以很容易地捕获水蒸气,然后利用从太阳捕获的热量释放水蒸气。
据报道,在相对湿度低至20%的情况下,一公斤这种材料每天可以收获2.8升水,而不需要任何其他外部电源。这使得它成为一种特别有希望的技术,可以在世界上干旱或沙漠地区收集水。
 
回收旧的冰箱。作者Daniel Scott/NTU
 
另一种选择是使用更简单的冷却技术,但降低成本。我和我的团队一直在开发一种利用旧冰箱和冰柜的水-空气系统,此外还有其他可回收的部件,比如一台旧电脑风扇和一个手机充电器。我们希望为发展中国家建立一个低成本的系统,同时减少发达国家的浪费,特别是当太阳能电池板被用来为该系统供电时。
 
在这一领域的未来工作将包括使用特殊的表面涂层来提供一个不粘表面,例如睡莲的表面,以便水滴能够很容易地收集起来,从而创建一个更有效的系统,此外还有正在进行的金属-有机框架研究。另一个挑战是空气污染。在世界上的一些地方,可能需要特殊的过滤和处理,以使捕获的水可以安全饮用。
 
但是这项技术发展很快。谁知道呢,将来我们可能不用去塔图因看《星球大战》中的汽化器了。

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