【引言】

获取受到安全管理的饮用水（SMDW）在全球范围内来说依然是一个艰巨的挑战，时刻影响着将近22亿人的日常生活和生命健康。为了应对这一挑战，人们开发了具有连续循环功能的太阳能驱动大气水富集(AWH)设备，期望通过分散提取（decentralized extraction）空气中的水分来加速SMDW过程。但较低比产率(SY)和白天相对湿度(RH)对这些设备的性能(以每天输出升水为单位)提出非常高的要求。然而尽管热带地区的条件有利（依然有三分之二的人没有享受SMDW），但没有任何分析能够反映AWH的全球潜力。

【成果简介】

X登月计划工厂Jackson Lord、Philipp H. Schmaelzle（通讯作者）等人阐释了如何利用AWH为十亿人提供SMDW的方案。利用谷歌地球引擎，作者引入了假定的一平方米设备，发现相对湿度从30%到90%时，SY曲线则从0.2上升至2.5升/千瓦时(对于2平方米设备，SY曲线则从0.1上升至1.25升/千瓦时)。这一设备表现可以满足每人每天平均5升饮用水需求指标。此外，作者还分析绘制了现有设备和新型吸附剂类别的影响潜力，认为随着技术的不断进步，在热力学极限之内完全可以达到上述指标。事实上，这些性能指标已经在吸附剂材料的相关实验中付诸实现。总而言之，该研究提供的工具可以为旨在最大化全球影响力的大气水富集设备开辟新的设计思路，同时还可以为利用现有技术实现可持续发展目标(SDGs)的持续努力提供信息和帮助。Jackson Lord同时也为第一作者，2021年10月27日，相关成果以题为“Global potential for harvesting drinking water from air using solar energy”的文章发表在Nature上。

【图文导读】

图1 无SMDW人口的全球地理分布

图2 AWH-Geo数据处理的工作流程

图3 全球使用基数与太阳能驱动AWH水产量的上限的关系

图4 AWH技术参数

模型显示10亿人可以从假设的采集设备中获得安全的饮用水

诸平

据物理学家组织网（phys.org）2021年10月29日报道，一组来自X- Alphabet的“月球探测器工厂（moonshot factory）”、谷歌和世卫组织/联合国儿童基金会联合监测项目（WHO/UNICEF Joint Monitoring Programme）、数据,分析,计划和监控部门（Division of Data, Analytics, Planning and Monitoring）、联合国儿童基金会（UNICEF）的研究人员,开发了一种模型,它显示一个假设的装置,利用太阳能从空气中收集水，可能为世界各地十亿人解决饮水问题。

获得安全管理的饮用水（safely managed drinking water简称SMDW）仍然是一项全球性挑战，影响着22亿人。太阳能驱动的连续循环大气水收集(atmospheric water harvesting 简称AWH)设备可以通过分散从空气中提取水来加速进展，但低的单位产水量(specific yields简称SY)和低的白天相对湿度(relative humidity简称RH)对它们的性能(以每天产出多少升水为单位)提出了问题。然而，据我们所知，尽管热带地区的条件有利，但没有任何分析绘制出AWH的全球潜力。研究者展示了AWH可以为10亿人提供SMDW。使用谷歌地球引擎（Google Earth Engine）进行的评估引入了一个假设的1m²的设备，在30%-90% RH的情况下，SY轮廓分别为0.2-2.5 L/kWh(对于2 m²的设备，SY轮廓为0.1-1.25 L/kWh)。这种装置可以达到每人每天平均5升饮用水的目标。研究者还绘制了现有设备和新的吸附剂类别的影响潜力，这表明这些目标可以通过持续的技术发展，并在热力学限制内实现。相关研究结果于2021年10月27日已经在《自然》(Nature)杂志网站发表——. Global potential for harvesting drinking water from air using solar energy. Nature, 2021. Volume 598, pages 611–617. DOI: 10.1038/s41586-021-03900-w. Published: 27 October 2021. http://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03900-w

在此论文中，该小组描述了进入他们的模型的因素，以及它对设备发展的可能影响，这些设备旨在应对为全世界人民提供安全饮用水的全球挑战（Model suggests a billion people could get safe drinking water from hypothetical harvesting device）。

正如研究人员指出的，全球大约有22亿人在获得安全饮用水方面面临挑战。他们指出，尽管在受影响最严重的国家正在努力建造脱盐工厂（desalination plants。随着正在进行的建造更多发电厂的努力，另一种方法可能会被采用来填补同时使用小型便携式设备，利用太阳能从空气中吸取水。谷歌母公司Alphabet的团队正在研究这样一种设备，但发现很难实现每升水生产成本一美分($0.01/LH₂O)的目标。最近，他们将该项目开源（open-source），以便该领域的其他人可以继续在此基础上进行深入研究。

在建立模型的过程中，研究人员承认，能够从空气中吸取水分的太阳能设备只有在某些条件下才能正常工作，这些条件包括:湿度通常达到30%，阳光充足，足够温暖。为了考虑生活在这些地区的人们的情况，研究人员从全球各地的站点提取了平均天气数据，并将它们与面临水挑战的人口绘制成地图。在这样做的过程中，他们发现超过10亿人可以从这种设备中受益，这种设备平均每天可以生产5升饮用水。他们最后声称，当前的技术趋势表明，他们在模型中设想的假想设备可能很快就会成为现实。然而，到那时，使所有人都有能力支付其费用，会使更多人成为该技术的受益者。