盡管地球含水量豐富,可是人類常常面臨缺水的困境。尋找新的水資源已成為日益嚴峻的現實問題。科學研究揭示,全球大氣中含有12.9萬立方千米的水,相當於世界上所有江河水量的6倍多。大氣中約98%的水始終保持蒸氣狀態,其余2%的水份會作為雨或雪在地面和空中往復。
那麼,從空氣中取水,是否可行呢?實際上,從空氣中制取水,就地取材是其最大優勢。即使在撒哈拉沙漠地區,那裡年平均氣溫為30攝氏度,平均相對濕度為25%。正常氣壓下,每立方米的空氣中也含有8克水,這相當於在一個房間大小的空間內約有500克水。
甲殼虫、仙人掌和豬籠草,能夠依靠獨特的身體結構,從干旱的空氣中收集水分,以此滿足基本的生存需要。甲殼虫背部的特殊幾何構造適宜凝結水滴,仙人掌內部復雜的網絡輸水效率很高,豬籠草體內涂滿黏液的光滑表面可以減少水滴在運輸過程中的損耗。
模仿這些生物的取水方法,可以實現從空氣中取水。例如,通過理論模型優化,將甲殼虫背部的特殊幾何構造、仙人掌刺的不對稱、豬籠草幾乎無摩擦的涂層等特點結合起來,可以設計出效果不錯的仿生材料,並通過3D打印技術進行生產。
機電法收集空氣中的水分已算不上是新發明,商用和家用空氣制水機已經存在。空氣制水機原理類似於抽濕機,吸入的是潮濕空氣,排出的是干淨的水。普通的電壓縮—擴張制冷機工作原理模擬大自然的降雨現象,利用電制冷技術將空氣冷卻,水汽冷凝並集聚成水,再對收集起來的水利用逆滲透淨水技術,通過多層級過濾、殺菌消毒生產出潔淨的飲用水。然而,空氣制水看似簡單,實則技術要求特別高。
目前,影響空氣制水技術進入市場的最大問題是成本,空氣制每立方米水需要花費約67元錢,而海水淡化成本每立方米約5元錢,差距還是很明顯的。隨著技術的進步,如果空氣制水成本能降低到比淡化海水或處理污水低,那麼這種方法將會有很大的用途。
總之,在干旱少雨的地方,並不意味著空氣中沒有足夠的水。從空氣中制取水實用性強、前景廣闊,關鍵是加快技術創新,找到更廉價、更高效的吸濕材料或仿生材料。(國務院機關事務管理局 陳慶修)