東南大學(xué)一項(xiàng)新研究表明，露水采集是一種可以負(fù)擔(dān)得起的被動(dòng)技術(shù)，可以在以前從未實(shí)現(xiàn)過的地方得到應(yīng)用。

為全球人口提供清潔飲用水是21世紀(jì)的重大工程挑戰(zhàn)之一。在一些國家，一半以上的人口無法獲得干凈的水。全球三分之一的人沒有基本的衛(wèi)生設(shè)施，很大原因在于水。

這是腹瀉和總體健康狀況不佳的一個(gè)重要原因。據(jù)估計(jì)，每天有5000多名兒童死于與腹瀉有關(guān)的疾病。因此，找到生產(chǎn)潔凈水的方法是一個(gè)重要目標(biāo)。

問題是，對于貧困地區(qū)來說，大多數(shù)技術(shù)的成本都高得令人望而卻步。傳統(tǒng)的方法，如蒸餾、反滲透和廢水回收耗能且昂貴。依賴太陽能的被動(dòng)技術(shù)需要外來材料和太陽能集中器，它們體積龐大，價(jià)格昂貴。

但還有另一種技術(shù)有可能改變這種令人沮喪的局面：露水采集。這涉及冷卻空氣，使它所含的水蒸氣凝結(jié)，以便收集。由于大氣中儲(chǔ)存了大量的水蒸氣，這種被動(dòng)技術(shù)在淡水收集方面將具有巨大的潛力。

這也引發(fā)了一些顯而易見的問題。比如用這種方法能收獲多少水呢？收集的最好方法是什么?

東南大學(xué)的研究人員首次計(jì)算了露珠采集技術(shù)的基本極限。然后，他們描述了對傳統(tǒng)技術(shù)的簡單改變?nèi)绾文茱@著提高效用和產(chǎn)量。

背景知識。被動(dòng)露珠收集器由一個(gè)“冷凝器”組成，這是一種薄而扁平的材料，它將熱量輻射到夜空中（露珠收集器通常只在夜間工作）。冷凝器與地面絕緣，因此不能從下面吸收熱量。

當(dāng)冷凝器在夜間輻射能量時(shí)，它的溫度會(huì)下降，直接冷卻鄰近的空氣。如果空氣的溫度低于露點(diǎn)溫度（空氣被水蒸氣飽和的溫度），水蒸氣就會(huì)凝結(jié)。

當(dāng)然，這個(gè)過程的效率對很多因素都很敏感，特別是空氣的環(huán)境溫度、相對濕度和冷凝器散熱的速度。

多年來，物理學(xué)家已經(jīng)計(jì)算出，當(dāng)冷凝器是一個(gè)完全輻射的黑體時(shí)，這種裝置能產(chǎn)生多少水。但是，所有這些分析都忽略了一個(gè)明顯的問題：它們沒有恰當(dāng)?shù)亟忉屨鎸?shí)材料散發(fā)熱量的方式，也沒有解釋地球大氣傳輸某些波長光的方式比其他方式更有效。

結(jié)果，這項(xiàng)技術(shù)的基本限制沒有得到適當(dāng)?shù)年U明，這使得很難評估實(shí)驗(yàn)的性能，也很難確定這項(xiàng)技術(shù)是否適用于各種條件，特別是在相對干旱的地區(qū)。

所以東南大學(xué)的研究人員第一次把這些因素包括進(jìn)來。這使得他們能夠評估不同材料的性能。

方法很簡單。使用地球大氣中最常見波長頻率的聚光鏡比使用所有波長的聚光鏡更有意義。研究人員稱這種聚光器為選擇性發(fā)射極，并將其與黑色發(fā)射極的性能進(jìn)行了比較。

結(jié)果引人注目。研究人員表示，將聚光鏡的發(fā)射率與大氣的透射特性相匹配，可能會(huì)帶來顯著的改善。例如，在環(huán)境溫度為20°C，相對濕度為40%的情況下，黑色發(fā)射器無論如何都無法收集水分。相比之下，選擇性發(fā)射器可以以每平方米每小時(shí)13克的速度收集露水。

這是一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)。這就像是在塔克拉瑪干沙漠這樣的地方能夠喝到露水和根本沒有水之間的區(qū)別。

這是一項(xiàng)具有廣泛應(yīng)用潛力的有趣工作。在潮濕和干燥的地區(qū)收集露水都是有益的：前者包括島嶼和沿海城市，周圍的海水不能飲用，而后者包括沙漠，缺乏任何形式的飲用水。

這種被動(dòng)設(shè)計(jì)的低成本也很重要。這種被動(dòng)的淡水收集技術(shù)將補(bǔ)充現(xiàn)有技術(shù)，尤其是在成本令人擔(dān)憂的農(nóng)村和低收入地區(qū)。

如果它能把清潔的飲用水帶給那些目前還缺乏的人，那將是對人類的一個(gè)重大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

arxiv.org/abs/1909.05757 : Fundamental Limits of the Dew-Harvesting Technology