科学家开发新技术 可24小时不间断地从空气中收集水

2021年06月24日 10:55 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,世界上许多地方的淡水资源都很稀缺,必须花大价钱才能获得。靠近海洋的社区可以为此目的淡化海水,但这样做需要大量的能源。在离海岸更远的地方,实际上剩下的唯一选择是通过冷却来冷凝大气中的湿度,要么通过同样需要高能量输入的过程,要么使用利用昼夜温差的 “被动”技术。然而,目前的 “被动”技术,如收集露水的薄膜,只能在夜间提取水。这是因为太阳在白天加热薄膜,这使得凝结不可能。

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自我冷却和保护免受辐射

苏黎世联邦理工学院的研究人员现在已经开发出一种技术,首次使他们能够24小时不间断地收集水,即使在烈日下也不需要输入能量。这种新设备基本上由一个特殊涂层的玻璃窗组成,它既能反射太阳辐射,又能通过大气层将自身的热量辐射到外太空。因此,它可以将自己的温度降低到低于环境温度15摄氏度(59华氏度)。在这个窗格的下面,空气中的水蒸气凝结成水。这个过程与冬季在隔热性能差的窗户上可以观察到的情况相同。

科学家们在玻璃上涂上特别设计的聚合物和银层。这种特殊的涂层方法使窗格以特定的波长向外太空发射红外辐射,不会被大气吸收,也不会反射到窗格上。该装置的另一个关键因素是一个新颖的锥形辐射防护罩。它在很大程度上偏转了来自大气层的热辐射,并屏蔽了窗格的入射太阳辐射,同时允许该装置向外辐射上述热量,从而完全被动地自我冷却。

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接近于理论上的最佳状态

正如在苏黎世的ETH大楼屋顶上对新设备进行的实际测试所显示的那样,新技术每天每个区域的产水量至少是目前基于铝箔的最佳“被动”技术的两倍:在实际条件下,窗格直径为10厘米的小型试验系统每天提供4.6毫升的水。具有更大窗格的更大设备将相应地产生更多的水。科学家们能够证明,在理想条件下,他们每小时每平方米窗格表面可以收获多达0.53分升(约1.8液盎司)的水。Iwan Hächler说:“这接近理论上的最大值,即每小时0.6分升(2.03盎司),这在物理上是不可能超过的。他是苏黎世联邦理工学院热力学教授Dimos Poulikakos小组的一名博士生。”

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其他技术通常需要将冷凝的水从表面擦拭干净,这需要能量。如果没有这个步骤,很大一部分冷凝水会附着在表面上,仍然无法使用,同时阻碍了进一步的冷凝。苏黎世联邦理工学院的研究人员在他们的水冷凝器中的窗格底部应用了一种新型的超疏水涂层。这使得凝结的水结成珠子,并自动运行或落下。“与其他技术相比,我们的技术可以在没有任何额外能量的情况下真正发挥作用,这是一个关键优势,”Hächler说。

研究人员的目标是为缺水的国家,特别是为发展中国家和新兴国家开发一种技术。他们说,现在,其他科学家有机会进一步发展这项技术,或将其与其他方法相结合,如水的脱盐,以增加其产量。镀膜板的生产相对简单,而且建造比目前试验系统更大的水冷凝器应该是可能的。类似于太阳能电池的特点是几个模块彼此相邻,几个水冷凝器也可以并排摆放在一起,组成一个大型系统。

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