科学家如何通过将水收获薄薄的空气来在沙漠中生长

沙特阿拉伯夏天可能是干燥和烧焦​​的热点，但去年6月，吉达以北约50英里，57种种子撒上健康，七英寸高的水菠菜叶，通过收获薄薄的空气。

像所有常规作物一样，菠菜需要水生长。但是，在这种情况下，由于光的太阳能系统，菠菜刚刚从空气中拉动蒸汽并将其冷凝成两升水。现已在期刊上发表细胞报告物理科学，实验结果表明，遥远的小农场，干旱地区可以在没有供水的情况下种植自己的作物。

“If you have river water or lake water, you probably don’t need the system, but in places where you don’t have a conventional water system, it’s important,” says Peng Wang, a professor of environmental science and engineering at the King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) and a senior author of the study.

实验期间使用的原型由三个主要成分组成：小型光伏面板，一种由水凝胶制成的复合材料（绷带中使用的水凝胶的高科技版），氯化钙（种类我们用来脱冰道的盐，加上一种用作冷凝室的金属容器。

与大多数传统的太阳能电池板一样，它们吸收的10-20％的太阳能被转换为电力。剩下的80-90％被转化为热量。水凝胶材料 - 将其视为作为太阳能电池板背面的果冻层的层 - 发挥双重作用。首先，它可以冷却太阳能电池板，因此它不会过热。其次，由于氯化钙，它可以吸收来自空气的水蒸气，这可以吸收比其水分的重量更多。水凝胶本身膨胀并锁定水分进入材料，使其不会溢出。

但等等：我们在沙特阿拉伯沙漠中。这些水分来自哪里？沙漠可能是干燥的，但这并不是说空气中没有水分颗粒。该地区的相对湿度围绕着左右40％，但王说晚上越来越多了80％。结果，水凝胶材料通常在晚上和夜间吸收水蒸气。“我们以这种方式设计了系统;自然问我们，“王说。

在早上，材料饱和水分，因此当太阳击中太阳能电池板时，来自太阳能电池板的热量与材料接触，它将水分转化为蒸汽并将其驱动出水凝胶层。然后将金属盒收集蒸汽并将其冷凝成水。最好的部分？这些步骤均未消耗太阳能电池板产生的电力，这意味着如果系统被缩放，则面板产生的电力可以直接进入电网，并且由面板产生的热量可用于种植作物。

在这种情况下，科学家选择生长水菠菜，部分原因是蔬菜不需要大量的水来增长，而且还因为它的增长时间相对较短。实验只持续了两周，但菠菜高7英寸。王说其他作物可以以类似的方式发展，但鉴于所需的基础设施，它不适合水稻或甘蔗等水密集作物。从理论上讲，水是饮用的，但是为了定期消耗，需要添加矿物质，因为它是通过水蒸发产生的，而不是来自地下水库和矿泉水。

为了增长更多的水密集作物，系统可以用更多的太阳能电池板来扩大，但正如王说：“水很特别，它来自薄空气，”所以谨慎使用它只会有意义地使用它。王说它可以在更高的潮湿程度的温度下使用。无论如何，用全尺寸的太阳能电池板尝试它需要先迈出。

在系统可以商业化之前有很多步骤 - 科学家需要找到工业合作者，该工业合作者可以经济有效地制造系统 - 但如果它有所作为，王说它可以在世界各地的离网社区中使用。去年，王某和伊克的其他科学家开发了一个原型冷却系统这完全落在阳光和咸水上。现在，这个新的原型将电力，水和农业带入了等式。“对于生活在山上的一个家庭，或者一个非常小的社区生活在不知名的地方，这个系统可以真正帮助获得那些非常基本的人类需求，”他说。