谷歌“登月工廠(chǎng)”研發(fā)新型空氣取水裝置，或為10億人提供安全飲水

據世界衛生組織/聯(lián)合國兒童基金會(huì )（WHO/UNICEF）聯(lián)合監測報告顯示，世界水資源危機愈發(fā)嚴重，“全球約有三分之一的人口沒(méi)有獲得足夠的衛生設施資源，十分之一的人口沒(méi)有獲得足夠的安全飲用水資源?！?br />
如何獲取足夠的安全飲用水，也因此成為許多科學(xué)家孜孜不倦予以研究的重要課題。

近日，谷歌母公司 Alphabet 公司 X 實(shí)驗室的研究人員開(kāi)發(fā)了一個(gè)模型，他們設計了一種被稱(chēng)為 “大氣水收集器”（AWH）的假想設備，通過(guò)模擬氣溫、光照、濕度等條件，可以直接從空氣中提取清潔飲用水[1]。


相關(guān)研究結果于 10 月 27 日發(fā)表在 Nature 期刊上，論文以《利用太陽(yáng)能從空氣中收集飲用水的全球潛力》（Global potential for harvesting drinking water from air using solar energy）為題，由來(lái)自谷歌 X 實(shí)驗室的菲利普·施梅爾茨勒（Philipp Schmaelzle）擔任通訊作者。

這里重點(diǎn)介紹一下谷歌 X 實(shí)驗室，該實(shí)驗室又被稱(chēng)為 “登月工廠(chǎng)”（The Moonshot Factory），成立于 2010 年，集聚了一大批富有創(chuàng )造性理念的科研人員，他們以解決谷歌核心業(yè)務(wù)之外的重大挑戰為使命，常常有極具創(chuàng )意而兼具現實(shí)意義的解決方案問(wèn)世。

而此次的 AWH 裝置正是由谷歌 X 實(shí)驗室里一個(gè)名為 “給每個(gè)人補水”（Hydrating Everyone，簡(jiǎn)稱(chēng)為 H2E）的項目團隊研發(fā)。

談及該項目，谷歌 X 實(shí)驗室表示，“H2E 團隊是一個(gè)小型的跨學(xué)科團隊，由科學(xué)家、發(fā)展專(zhuān)家、工程師、地理空間分析師、用戶(hù)研究人員和工業(yè)設計師組成，他們長(cháng)期以來(lái)一直對獲得清潔水的挑戰充滿(mǎn)熱情?！?br />
那么 AWH 裝置究竟是如何做到 “無(wú)中生有” 般從空氣中取水的呢？

實(shí)際上，AWH 的內在邏輯并沒(méi)有我們想象的那么復雜，其從空氣中提取的水資源也并不是憑空生成。據了解，該裝置類(lèi)似于一個(gè)配備有風(fēng)扇的太陽(yáng)能電池板，可將空氣吸入，經(jīng)過(guò)加熱、冷凝等一系列流程后，自然而然就生成了安全的清潔飲用水。


或許有人會(huì )質(zhì)疑，認為該方式并沒(méi)有實(shí)際解決水資源短缺問(wèn)題，而是討論了在不同的相對濕度水平下，提取水需要多少能量以及通過(guò)太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的潛在能量等條件。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是將問(wèn)題從一個(gè)地方轉移到另一個(gè)地方。

事實(shí)也正是如此，該模型套件包括對任何潛在水場(chǎng)的地理 “下游” 區域的影響分析。盡管這項技術(shù)在當地可能是有益的，但如果不加區別地大量部署，它可能會(huì )改變區域的空氣質(zhì)量、空氣流量、天氣模式和水資源分布。
不過(guò)，相比如常見(jiàn)的海水淡化等取水方式，AWH 裝置顯然更為便捷，成效更快。這對全球約 22 億在獲得安全飲用水方面面臨挑戰的人們來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一個(gè)好消息。

除此之外，AWH 最顯著(zhù)的優(yōu)勢是它能夠將取水成本大幅度降低。據了解，假若該模型最終得以實(shí)現，其將允許家庭自己生產(chǎn)水，而不再依靠政府或社區建立的水廠(chǎng)等基本設施，這意味著(zhù)安全飲用水甚至可以成為未來(lái)標配，即人人皆可負擔。

專(zhuān)家們認為，這種想法可以成為一個(gè)大型、可持續企業(yè)的基礎。

值得一提的是，空氣取水并不是一個(gè)新穎的命題，早在 20 世紀 90 年代，就有模仿蜘蛛網(wǎng)進(jìn)行霧氣取水的裝置誕生，不過(guò)其取水率并不理想。此外，還有利用親水與憎水材料取水、利用溫差冷凝成水、利用鹽溶液取水、制冷結露等，都是常見(jiàn)的從空氣中取水方式。

然而，它們都并非最佳選擇。中國水利水電科學(xué)研究院黨委委員、副院長(cháng)王建華曾說(shuō)，“最重要的是，空氣取水的技術(shù)并不成熟，它的投入產(chǎn)出嚴重不成正比”。



除了空氣取水，由于能夠以最小的碳足跡直接使用太陽(yáng)能生產(chǎn)淡化水，太陽(yáng)能蒸汽發(fā)電和海水淡化被認為是解決日益緊迫的全球水資源短缺的最重要技術(shù)之一。但可惜的是，該技術(shù)只有在有限的水量下借助聚光器和隔熱裝置才能實(shí)現高效運作，并不能大規模應用。

在權衡這個(gè)問(wèn)題時(shí)，谷歌 X 實(shí)驗室表示，“飲用水的獲取往往受到各地不同的一系列復雜因素和結構性挑戰的阻礙，包括接近現有水資源、地方社區基礎設施、治理問(wèn)題等等。這就是為什么在許多地方，管道供水基礎設施可能仍需要幾十年的時(shí)間?！?br />
基于此，作為一種新型便攜式空氣取水裝置，AWH 正計劃提供一種更廉價(jià)、更有效的清潔水源獲取方式。研究團隊表示，其若在濕度、光照適宜的白天持續運行，每天甚至能生產(chǎn)5升水。這意味著(zhù) AWH 一旦成為現實(shí)，將對緩解全球水資源短缺產(chǎn)生積極影響。