如何擴展大氣水收集

缺水是一個巨大的全球問題。超過20億人無法獲得安全飲用水的機會 – 這種情況會因氣候變化而惡化，這種情況會促進更長和更重的干旱。由於坦克減少了，地下水乾燥，雨季變得更加不穩定。有些人認為這場危機的一個答案在於我們天空中的水分水庫。

問題是，我們應該將空氣變成可靠的水源有多近，什麼時候有意義？文章 出版 v 焦耳 解釋了大氣中的水組件如何從實驗室原型轉變為商業系統，從而將熱力學限制連接到對現有產品和客戶需求的審查中。分析強調了物理學使其成為可能的事實與需要市場的事實之間的差距。

能源是付費的

大氣水收集遵循兩條主要路線。冷凝系統將空氣冷卻至露點並收集液態水。吸附系統在吸附劑中捕獲對，並用熱量釋放它。該研究創建了途徑的第一原理模型，併計算在熱源的氣候和溫度條件下所需的最小能量。這是設備性能的現實目標的基本形成。

冷凝很簡單，但對氣候敏感。憑藉高濕度，常規冷卻設備可以提供連續，更大的性能。隨著空氣變得更加干燥，對能量價值的懲罰正在增長。更多的輸入是有形的熱量，這會冷卻整個空氣流，而不是隱藏的冷凝熱量。大約30％的相對濕度，合理的份額可以接近總數的一半，從而降低效率並增加成本。在非常乾燥的空氣中，露點可以降至0°C以下，霜凍可以在線圈上形成，以及熱傳遞和水生產下降。

吸附改變平衡。由於吸附劑從空氣中選擇水分子，因此在作者的計算中，在乾燥條件下，理性熱分子通常較低。實踐性能仍然取決於適當的熱源，以及設備內部吸附劑和溫暖和質量流之間的剛性連接。

市場掃描涵蓋了100多名參與者，他們對能源和日常生產的註冊使用以及融資里程碑。今天的冷凝產品占主導地位，由泵的熱量和排水經驗的成熟供應鏈支持。幾家供應商列出了每天超過1000升的單位，但是測得的能源使用通常比理論上高得多。

差距源於許多不可逆性，以及空調風格的佈局，這低估了熱，濕度和不一致。早期吸附產品。許多設備每天生產不到10升，並使用不均勻的能源記錄，但是投資和技術進步很快，與大學和材料的成就有很強的聯繫，例如金屬有機框架，石墨烯和鹽複合材料。

如何減少商業化差距

統一平台提供了一條規模的途徑。我們建議將熱泵用作共同的能量基礎。冷側可以在吸收過程中提供直接凝結或改善的吸附，而熱側會導致解吸。四個側面的閥與吸附和再生之間的層交替幾乎連續運行。效率可以藉助多階段熱泵，更嚴格的熱爆劑整合，恢復冷凝熱和選擇性使用周圍能量。

經濟正在完成圖片。該分析使用水的一致成本和投資回收期，並將分佈式AWH與距離的貨物運輸進行比較。更長的距離提高了競爭力。優先使用選項包括緊急和軍事響應，移動和已安裝的車輛，城市瓶以及更換飲料，用於多層建築物或模塊化建築物的分佈式供應，以及其他地區的其他能力以及某些地區的海水脫鹽。

進度取決於第一個設計腳本。選擇目標氣候，目標客戶端和能源的目標來源，然後將材料和系統配置為此三角形。標準化的能量指標提供了公平的比較。封閉的熱量和水分環會減少損失，並使性能更接近熱力學限制。帶有熱泵的殼電路在一個平台上既可以凝結和吸附，又可以減少從原型到市場的路徑。

我們希望讀者採取的信息是，僅憑最好的材料或大型壓縮機就不會攜帶規模。縮小差距的是對齊：氣候條件與維護和能源供應的要求，根據透明的熱力學限制測量，並報告標準的能量能量。如果社區圍繞此標準團結，如果建築商涵蓋了自適應平台，適應性氣候，我們相信AWH可以迅速從令人印象深刻的示威活動轉變為銀行基礎設施。

這個故事是一部分 科學X對話框研究人員可以在其中報告其發表的研究文章中的結果。 訪問此頁面 獲取有關科學X對話以及如何參與的信息。

Shan是新加坡國立大學（NUS）的研究員。他於2025年在上海喬·湯加大學和努斯大學的Ruzhu Van教授的監督下獲得了聯合博士學位。在此之前，他於2019年在鄭津大學獲得學士學位。他的研究專門研究基於大氣水收集和能源管理的水凝膠。