用“空氣”種菜

黃志明

說到沙特阿拉伯，想必許多同學(xué)對(duì)那里的氣候和地理環(huán)境都有所了解。沙特阿拉伯的夏季炎熱干燥，最高氣溫甚至可達(dá)50℃以上，而且降雨量很少，年平均降雨量不超過200 毫米，春季和夏季更少。就是這么一個(gè)地球上最不可能想象綠葉蔬菜能繁茂生長的地方，一顆“綠色”的種子正在悄然萌發(fā)……

空氣中采水，沙漠里種菜

2022 年3 月，沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學(xué)的科學(xué)家發(fā)表了一項(xiàng)研究，展示了在沙漠地區(qū)如何利用太陽能電池板從空氣中提取足夠的水蒸氣來澆灌種子，并在沙漠中種植蔬菜，幾周后就能收獲的整個(gè)過程。這項(xiàng)創(chuàng)造既解決了發(fā)電問題，又可用來提取飲用水，還能給當(dāng)?shù)毓?yīng)蔬菜，可謂一舉三得。那么，這套裝置到底是怎么工作的呢？

這套裝置是一種由太陽能驅(qū)動(dòng)的集成水、電、作物聯(lián)合生產(chǎn)的光伏系統(tǒng)。該系統(tǒng)由涂有水凝膠的太陽能電池板組成，這些涂有水凝膠的太陽能電池板被安裝在一個(gè)巨大的金屬盒子的頂部。放置在太陽下，這個(gè)盒子就可以收集空氣中的水蒸氣，并將其凝結(jié)成液態(tài)水，用于灌溉農(nóng)作物。

另外，水凝膠通過吸收熱量和降低電池板的溫度，將太陽能電池板的發(fā)電效率提高了9%。沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學(xué)的科學(xué)家曾進(jìn)行了為期兩周的植物生長試驗(yàn)，他們只用從空氣中收集的水來灌溉60 顆種植在植物生長箱中的菠菜種子。在試驗(yàn)過程中，這塊與課桌桌面大小相似的太陽能電池板共產(chǎn)生了1.5 千瓦·時(shí)的電量，使60 顆菠菜種子中的57 顆發(fā)芽正常生長至18 厘米?？偟膩碚f，在兩周時(shí)間內(nèi)，大約有2 升水從水凝膠中冷凝出來。

神奇的水凝膠

那么，裝置中的水凝膠究竟為何物，竟然如此神奇？

原來，水凝膠是一種柔軟的親水聚合物，可以吸收空氣中的水蒸氣，加熱時(shí)會(huì)釋放出水。這種水凝膠用于太陽能電池板，可以捕獲并利用水來冷卻太陽能電池板，增加太陽能電池板的能量輸出。而收集到的水蒸氣也可以飲用或澆灌作物。隨著水凝膠的應(yīng)用，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)發(fā)電量增加了近10%。不僅如此，種植作物的成活率也達(dá)到了95% ！

水凝膠被描述為“低成本”，因?yàn)樗z使用的材料便宜到每千克只要1 美元。更重要的是，這項(xiàng)技術(shù)解決了太陽能電池板一個(gè)鮮為人知的問題：它利用了太陽能電池板無法實(shí)際使用的太陽光能量。商用太陽能電池板通常只可以將所吸收的太陽光中的25% 轉(zhuǎn)化為電能，而其余的要么以熱量的形式損失，要么會(huì)加熱電池板，這反過來又降低了太陽能電池板的效率。由于太陽能電池板的效率會(huì)隨著溫度升高而降低，因此在炎熱的環(huán)境中，散熱問題就會(huì)變得更加突出。

雖然水凝膠吸收了環(huán)境中的水蒸氣，但正是太陽能電池板產(chǎn)生的過量熱量將吸收的水趕出了水凝膠。在夏季和冬季，這種水凝膠可以從夜間悶熱的空氣中吸收水分，然后隨著白天溫度的上升而釋放水分。

未來可期

如今，世界仍有部分人口無法獲得干凈的水和綠色能源，其中很多人生活在農(nóng)村和干旱或半干旱氣候地區(qū)。世界衛(wèi)生組織估計(jì)，全球至少有20 億人缺乏安全飲用水，8 億人無法用上電，7 億人持續(xù)遭受饑荒。這一項(xiàng)全新的設(shè)計(jì)在產(chǎn)生清潔能源的同時(shí)，從空氣中提取水，并適用于沙漠和海洋島嶼等偏遠(yuǎn)地區(qū)的分散、小規(guī)模農(nóng)場(chǎng)。如果這一項(xiàng)創(chuàng)造能順利應(yīng)用并得到推廣，那將會(huì)給人類帶來極大的福音！