谷歌“登月工廠”研發(fā)新型空氣取水裝置，或?yàn)?0億人提供安全飲水

據(jù)世界衛(wèi)生組織/聯(lián)合國兒童基金會(huì)（WHO/UNICEF）聯(lián)合監(jiān)測(cè)報(bào)告顯示，世界水資源危機(jī)愈發(fā)嚴(yán)重，“全球約有三分之一的人口沒有獲得足夠的衛(wèi)生設(shè)施資源，十分之一的人口沒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(yàn)室的研究人員開發(fā)了一個(gè)模型，他們?cè)O(shè)計(jì)了一種被稱為 “大氣水收集器”（AWH）的假想設(shè)備，通過模擬氣溫、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(jié)果于 10 月 27 日發(fā)表在 Nature 期刊上，論文以《利用太陽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，由來自谷歌 X 實(shí)驗(yàn)室的菲利普·施梅爾茨勒（Philipp Schmaelzle）擔(dān)任通訊作者。

這里重點(diǎn)介紹一下谷歌 X 實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室又被稱為 “登月工廠”（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(zhàn)為使命，常常有極具創(chuàng)意而兼具現(xiàn)實(shí)意義的解決方案問世。

而此次的 AWH 裝置正是由谷歌 X 實(shí)驗(yàn)室里一個(gè)名為 “給每個(gè)人補(bǔ)水”（Hydrating Everyone，簡(jiǎn)稱為 H2E）的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研發(fā)。

談及該項(xiàng)目，谷歌 X 實(shí)驗(yàn)室表示，“H2E 團(tuán)隊(duì)是一個(gè)小型的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)，由科學(xué)家、發(fā)展專家、工程師、地理空間分析師、用戶研究人員和工業(yè)設(shè)計(jì)師組成，他們長期以來一直對(duì)獲得清潔水的挑戰(zhàn)充滿熱情?！?br />
那么 AWH 裝置究竟是如何做到 “無中生有” 般從空氣中取水的呢？

實(shí)際上，AWH 的內(nèi)在邏輯并沒有我們想象的那么復(fù)雜，其從空氣中提取的水資源也并不是憑空生成。據(jù)了解，該裝置類似于一個(gè)配備有風(fēng)扇的太陽能電池板，可將空氣吸入，經(jīng)過加熱、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(rèn)為該方式并沒有實(shí)際解決水資源短缺問題，而是討論了在不同的相對(duì)濕度水平下，提取水需要多少能量以及通過太陽能電池板產(chǎn)生的潛在能量等條件。簡(jiǎn)單來說，就是將問題從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地方。

事實(shí)也正是如此，該模型套件包括對(duì)任何潛在水場(chǎng)的地理 “下游” 區(qū)域的影響分析。盡管這項(xiàng)技術(shù)在當(dāng)?shù)乜赡苁怯幸娴?，但如果不加區(qū)別地大量部署，它可能會(huì)改變區(qū)域的空氣質(zhì)量、空氣流量、天氣模式和水資源分布。
不過，相比如常見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(duì)全球約 22 億在獲得安全飲用水方面面臨挑戰(zhàn)的人們來說，無疑是一個(gè)好消息。

除此之外，AWH 最顯著的優(yōu)勢(shì)是它能夠?qū)⑷∷杀敬蠓冉档?。?jù)了解，假若該模型最終得以實(shí)現(xiàn)，其將允許家庭自己生產(chǎn)水，而不再依靠政府或社區(qū)建立的水廠等基本設(shè)施，這意味著安全飲用水甚至可以成為未來標(biāo)配，即人人皆可負(fù)擔(dān)。

專家們認(rèn)為，這種想法可以成為一個(gè)大型、可持續(xù)企業(yè)的基礎(chǔ)。

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(jì) 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(jié)露等，都是常見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、副院長王建華曾說，“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(yán)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能生產(chǎn)淡化水，太陽能蒸汽發(fā)電和海水淡化被認(rèn)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(xiàn)高效運(yùn)作，并不能大規(guī)模應(yīng)用。

在權(quán)衡這個(gè)問題時(shí)，谷歌 X 實(shí)驗(yàn)室表示，“飲用水的獲取往往受到各地不同的一系列復(fù)雜因素和結(jié)構(gòu)性挑戰(zhàn)的阻礙，包括接近現(xiàn)有水資源、地方社區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施、治理問題等等。這就是為什么在許多地方，管道供水基礎(chǔ)設(shè)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(jì)劃提供一種更廉價(jià)、更有效的清潔水源獲取方式。研究團(tuán)隊(duì)表示，其若在濕度、光照適宜的白天持續(xù)運(yùn)行，每天甚至能生產(chǎn)5升水。這意味著 AWH 一旦成為現(xiàn)實(shí)，將對(duì)緩解全球水資源短缺產(chǎn)生積極影響。