以下文章经许可转载自The Conversation，这是一个报道最新研究的在线出版物。
卢克·天行者不仅仅是一名农民。在1977年的原始《星球大战》电影中，这位主角迫切希望离开他的家乡塔图因星球，他的家人在那里使用称为“蒸发器”的装置从大气中收集水分。在这个星球炎热干燥的沙漠景观中，吸湿农业是一项重要的生存活动。
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但是，从空气中提取水分以提供饮用水的原理在现实世界中可行吗？我和研究人员正在致力于将这项技术从科幻小说变为现实。现在，一项新研究已经证明，即使在干燥的沙漠条件下，一种设备也可以仅利用太阳能工作。
如果您在炎热潮湿的夏日坐在花园里，手里拿着一杯冰水，您会注意到玻璃杯外壁上形成水滴。《星球大战》中塔图因星球上的蒸发器可能就是利用类似的原理工作的。冷却温暖的空气会产生冷凝，然后可以收集起来。雨实际上是同一原理的自然现象。当温暖潮湿的空气冷却时，它会失去保持水分的能力，并以雨滴的形式发生降水。
空气自然地携带水蒸气，空气越温暖，相对湿度越高，它能携带的水蒸气就越多。因此，从空气中产生水的技术最适合温暖潮湿的气候。在 100% 湿度下，40℃ 的空气每立方米含有约 51 毫升的水。对于 10℃ 的相同湿度，空气仅含有 9.3 毫升。
如果我们把空气从 40℃ 冷却到 10℃，我们应该能够提取出水的差值，即每立方米空气 41.7 毫升。在这些条件下，使用当前技术，我们可以每小时生产 147 升水，使用的能量与 18 个家用电热水壶大致相同。
在较低湿度下，例如在沙漠中，空气中的水分较少，因此系统效率会降低。您必须冷却更多的空气才能提取相同数量的水，这需要更多的能量。这可能会使当前技术对于缺水最严重的国家来说过于昂贵。您需要的是一种更有效地捕获水蒸气的方法。
从空气中取水的最简单方法是使用被动技术，提供一个凉爽的表面，让雾或水蒸气凝结在其上。材料的选择和表面质量对于最大化集水至关重要。例如，智利的农民使用钢网来捕捉雾中的水。研究人员表明，通过添加一种特殊的涂层来吸引水分子，可以提高效率。
主动冷却
然后是主动冷却技术，例如类似于我们在空调系统和冰箱中使用的制冷循环。您还可以使用固态热电冷却，这涉及一种称为珀尔帖效应的东西。
1834 年，法国物理学家让-查尔斯-阿塔纳斯·珀尔帖发现了一个有趣的现象。如果您在由铜线和铋金属线制成的电路中通电流，则当电流从铜流向铋时，温度会升高，而当电流从铋流向铜时，温度会下降。这意味着通过消耗电能，我们可以提供冷却效果，而无需任何流体或移动部件。
但是，麻省理工学院 (MIT) 的科学家们现在已经展示了另一项可能更有效的技术，该技术使用称为金属有机框架的物质，由自然阳光驱动。这项技术在《科学》杂志上描述，使用金属和有机分子的网络，可以轻松捕获水蒸气，然后使用从太阳捕获的热量释放水蒸气。
据报道，一公斤这种材料每天可以在相对湿度低至 20% 的情况下收集 2.8 升水，而无需任何其他外部电源。这使其成为在世界干旱或沙漠地区收集水资源的一项特别有前景的技术。
另一种选择是使用更简单的冷却技术，但降低其成本。我和我的团队一直在开发一种利用旧冰箱和冰柜以及其他回收部件（例如旧电脑风扇和手机充电器）的空气取水系统。我们希望为发展中国家创建一个低成本系统，同时减少发达国家的浪费，特别是当使用太阳能电池板为系统供电时。
该领域未来的工作将包括使用特殊的表面涂层，以提供不粘表面，例如睡莲的表面，以便水滴易于收集，从而创建更高效的系统，此外还有正在进行的金属有机框架研究。另一个挑战是空气污染。在世界某些地区，可能需要特殊的过滤和处理才能使收集的水安全饮用。
但这项技术发展迅速。谁知道呢，未来我们可能不必前往塔图因星球就能看到《星球大战》蒸发器的运作。
本文最初发表于The Conversation。阅读原文。