新的麻省理工学院太阳能系统有效地从“干燥”空气中提取饮用水

在MIT屋顶上测试了新的两级水收集系统（右侧）的原型。连接到数据收集的笔记本电脑并以面向太阳的角度安装的设备，顶部有一个黑色太阳能收集板，它产生的水流入底部的两根管。

麻省理工学院工程师已经使其初始设计更实用，高效，可扩展。

MIT和其他地方的研究人员已经显着提升了一种系统的输出，即使在干燥区域中也可以直接从空气中提取饮用水，使用来自太阳或其他来源的热量。

该系统在三年前由同一团队成员的麻省理工学院开发的设计系统，使该过程更接近某些可能成为偏远地区的实用水源，其利用水和电力有限。目前（10月14日，2020年）在焦耳期刊中描述了调查结果，在伊夫利恩王教授的纸质中，他是机械工程部门负责人;研究生alina lapotin;和六人在麻省理工学院和韩国和犹他州。

王某和她的同事展示的早期设备提供了系统的概念证明，它利用了装置内的温度差，允许吸附材料 - 它在其表面上收集液体 - 夜间从空气中汲取水分并在第二天释放它。当材料通过阳光加热时，加热的顶部和阴影下侧的温度差使得水释放回吸附材料。然后水凝结在收集板上。

但该装置需要使用称为金属有机框架的专用材料，或者MOF，其供应昂贵且有限，并且系统的水输出不足以实现实际系统。现在，通过掺入解吸和冷凝的第二阶段，并且通过使用易于获得的吸附材料，该器件的输出显着增加，并且研究人员表示，其作为潜在广泛的产品的可扩展性大大提高。

王说，球队觉得“拥有一个小型原型是很棒的，但我们怎样才能将它变成更可扩展的形式？”设计和材料的新进步现已导致该方向进展。

该新设计代替MOFS，使用称为沸石的吸附材料，在这种情况下，该材料由微孔铁铝磷酸盐组成。该材料广泛可用，稳定，具有正确的吸附性能，可提供刚刚基于典型的日夜温度波动和阳光加热的有效的水生产系统。

由Lapotin开发的两级设计使得巧妙地使用水改变阶段时产生的热量。太阳的热量由箱式系统顶部的太阳能吸收板收集，并使沸石温暖，释放材料捕获过夜的水分。蒸汽凝结在收集板上 - 也是释放热量的过程。收集器板是直接上方并与第二沸石层直接接触的铜板，其中冷凝热用于释放从该后续层的蒸汽。从两层中的每一个收集的水液滴可以一起汇集到收集罐中。

在该过程中，与每平方米太阳能收集区域（LMD）的每天每天的潜在仪表（LMD）的整体生产率大致翻倍，尽管确切的速率取决于局部温度变化，太阳能通量和湿度水平。王说，在新系统的新系统的屋顶上的屋顶上进行了测试，该装置以“数量级”的速度产生了水，王说。

虽然类似的两阶段系统已被用于除海水淡化等其他应用，但王说，“我认为没有人真正追求这种大道”，以便使用这种系统进行大气采集（AWH），因为这些技术是已知的。

现有的AWH方法包括雾收割和露水，但两者都具有显着的限制。雾收获仅适用于100％的相对湿度，目前仅在几个沿海沙漠中使用，而露水收获需要能量密集的制冷，为水分提供冷表面，仍然需要至少50％的湿度，仍然需要至少50％的湿度在环境温度。

相比之下，新系统可以以低至20％的湿度水平工作，并且不需要除阳光之外的能量输入或任何其他可用的低级热源。

Lapotin说，关键是这个两级建筑;既然其有效性已被证明，人们可以搜索更好的吸附材料，可以进一步推出生产率。每天每平方米每平方米的当前生产率为每平方米可能适用于某些应用，但如果可以通过一些进一步的微调和材料选择可以提高这种速度，这可能会在大规模上变得实用，但她说。根据王的，材料已经开发，吸附比该特定沸石大约五倍，并且可能导致王某的水输出增加。

该团队继续努力改进设备的材料和设计，并将其适应特定应用，例如用于军事现场操作的便携式版本。两阶段系统也可以适应其他各种水收集方法，该方法每天使用多个热循环，由不同的热源而不是阳光供给，因此可以产生更高的日输出。

参考：双级大气水收集装置，可扩展太阳能驾驶水产水产品，杨忠，凌南张，林兆，阿尼·洛伊，雄雄金，同龄相比同名罗雷，10月14日，焦耳.DOI：
10.1016 / J.Joule.2020.09.008

研究团队包括杨忠，凌南张，林钊，而且在麻省理工学院的arny leroy;韩国科技学院炫山金;和犹他大学的同龄饶。该工作得到了麻省理工学院Abdul Latif Jameel水和食品系统实验室（J-WAFS）的支持。