大气中大约有1.3万万亿升(1.3万兆升)水,相当于地球上所有淡水湖泊总水量的十分之一。搜集露水或者从雾气中捕获水分都是利用大气水分的例子,干旱地区的生物甚至深谙此道,比如在纳米布沙漠中的一种甲虫每天早上爬到沙丘顶部利用自己的身体搜集露水。南美洲的人们会利用帆布来搜集雾气。
然而传统的利用大气水的方法往往需要100%的相对湿度或者需要消耗大量能量。如何低能耗地从相对干燥的空气(相对湿度20%或更低)中捕获水分?这仍然是个技术难题。
最近,Berkeley和MIT的科学家们(Omar Yaghi 和Evelyn Wang等人)利用一种新型的材料,发明了一个仅利用太阳能就可以从干燥空气中捕获水分的设备,给解决这一问题带来了希望。
4月13日,他们发表在《科学》杂志的文章称,一千克新型材料每12个小时可以从湿度为20%的空气中吸取2.8升的水。撒哈拉沙漠的平均湿度大约是25%。地球上最干燥的地方——南美的Atacama 沙漠平均湿度也有17%。所以理论上来讲,这个设备可以让人在缺水的时候在沙漠中生存下来。
他们采用的是一种新型的金属有机骨架材料(metal-organic framework, 简称MOF),这种材料把有机分子和金属原子连接在一起,形成具有很多孔洞的材料(可以想象下瑞士奶酪或者沙琪玛那样的内部结构)。MOF一般有非常大的表面积,比如MOF-177的比表面积大约是5,640 m2/g,接近一个面积为7140 平方米的标准的足球场地。巨大的表面积赋予了MOF材料高效的吸附能力。科学家们可以根据需要来设计孔洞的大小和化学性质,从而可以捕捉某种特定的分子或者让其通过。