在全球范围内，淡水资源的日益紧缺正成为一个严峻的问题。特别是在偏远和干旱地区，获取足够的清洁水源对于饮用和灌溉至关重要。幸运的是，科学界一直在探索新的技术，以满足我们对水资源的不断增长的需求。其中，一种新兴的技术——太阳能驱动的大气水提取技术，正在引起人们的关注。

这种技术的核心在于利用无处不在的大气水。大气水，作为一种自然资源，其储量大约是全球河流淡水总量的六倍。更令人鼓舞的是，随着全球气候变暖，大气水的可用量预计将进一步增加。太阳能驱动的大气水提取技术，通过模拟自然界的水循环过程，利用太阳能将大气中的水蒸气转化为可供我们使用的液态淡水。

然而，传统的太阳能驱动的大气水提取系统面临一些限制。这些系统通常只能进行一个吸附-解吸循环，即夜间捕捉水分，白天生产淡水。由于吸湿材料动力学缓慢，这些系统的生产能力受到吸湿剂吸附容量的限制。

为了克服这些限制，研究团队开发了一种新型的太阳能驱动的大气水提取系统。这个系统能够在一个光照周期内，即使在相对湿度低至40%的环境中，也能持续运行并生产淡水。关键在于使用了一种具有快速动力学的吸湿剂，这种吸湿剂能够加速吸附和解吸的过程，从而提高淡水的生产效率。

这个系统的设计非常巧妙。它采用了一种名为传质桥的结构，由众多垂直排列的微通道组成，这些微通道中充满了用作液体吸附剂的盐溶液。在室温区域，系统能够连续捕捉大气水并将其储存。当系统受到阳光照射时，太阳能吸收器将光转化为热，生成浓缩蒸汽，这些蒸汽在腔室壁上凝结，产生淡水。同时，高温区域的浓缩液体吸附剂通过扩散和对流被运输回室温区域，使其能够继续捕捉大气水。

在材料的选择上，系统使用了具有高太阳能吸收率的材料，以及能够快速运输水的玻璃纤维膜。这些材料的结合，使得系统在湿态下的太阳能吸收率可达约96%，并且能够在短时间内将水提升至较高的高度。

在实际测试中，这个系统展现出了强大的适应性和稳定性。在不同的相对湿度条件下，系统均能稳定运行，最高水生产率达到约0.56升每平方米每小时。特别是在太阳辐射丰富和湿度高的赤道地区，淡水生产潜力可达4.6升每平方米每天。

为了验证所提出的太阳能驱动的大气水提取系统在实际应用中的效果，研究团队进行了户外实验。他们制作了一个大型系统，并在不同季节的天气条件下进行了测试。结果表明，放大后的系统能够在各种环境条件下稳定运行，无需操作，达到约3.0升每平方米每天的最佳水生产率。

更令人鼓舞的是，通过这个系统收集的大气水成功用于小白菜的离网灌溉，凸显了其在缺乏大型水源的地区进行现场离网灌溉的潜力。这不仅展示了太阳能驱动的大气水提取技术在农业领域的应用前景，也为解决偏远地区水资源短缺问题提供了一种有效的解决方案。

总结来说，这项研究提出的太阳能驱动的大气水提取系统，通过创新的设计和材料选择，实现了高性能的淡水生产和离网灌溉。与传统的大气水收集系统不同，所提出的原型消除了对复杂系统设计和繁重操作的需求。该系统能够以离网和低维护的方式提取大气水，并直接供给植物，有望革新偏远和缺水地区的灌溉方式。随着技术的进一步发展和优化，太阳能驱动的大气水提取技术有望在未来的水资源管理中发挥重要作用，为全球的可持续发展贡献力量。这项研究成果已经在《Nature Communications》上发表，为全球水资源的创新利用开辟了新的道路。

来源: 李传福