德國基爾大學的科學家們開發出一種海綿狀材料，能夠從空氣中提取飲用水，並展示了該材料可以在更大規模上生產。這項研究描述了一個系統，可能有助於在地中海乾燥區域供應水源，並改善能源效率的冷卻技術。研究人員表示，該材料能夠在低濕度下從空氣中捕獲水分，並以相對較低的熱量釋放出來，使其適合重複的水收集循環。最新的研究還顯示，生產已經超越實驗室批量，將這項技術推向商業應用的可能性。
“這些地區面臨著氣温上升和降雨量減少的挑戰。我們的目標是開發一種環保技術，將空氣中的水分子轉化為飲用水，”基爾大學無機化學研究所的諾伯特·斯托克教授表示。“發表在《材料化學 A 刊》和《工業與工程化學研究》的兩項新研究描述瞭如何大規模生產該材料，以及提高冷卻設備的效率。”
該材料的生產和應用潛力顯著提升
該研究專注於金屬有機框架（MOFs），這是一種能夠吸收和釋放大量水分的高孔隙材料。它們的微觀網絡由互相連結的孔組成，能夠快速捕獲水分，類似於海綿吸收水分。基爾團隊正在改進一種名為 CAU-10-H 的 MOF，該材料以基爾大學命名，該材料最初於該校首次發現。當相對濕度達到至少 18% 時，該材料能夠在室温下從空氣中吸收水分。然後，當加熱至約 70°C（158°F）時，它會釋放儲存的水分。
研究人員還將該 MOF 與導電碳結構相結合，這使材料能夠高效地使用電力或陽光進行加熱，幫助其更快釋放水分，並在幾小時內完成重複的運行週期。
測試顯示，該複合材料每克材料可以吸收最多 0.17 克水。在乾燥條件下，2.2 磅（1 千克）的材料每天可以生產高達 1.8 升（60.8 盎司）的飲用水。“這使該材料在生產飲用水方面尤其具有吸引力，即使在乾旱地區，”首位作者拉斯·維格納表示。除了水的生產外，研究人員發現該材料還可以改善冷卻系統。在吸附冷卻應用中，CAU-10-H 的冷卻性能是傳統二氧化矽凝膠（常用的吸濕材料）的三倍。
團隊相信，未來的冷卻系統可以利用數據中心或烘焙廠等設施的廢熱來驅動這一過程，從而減少空調所需的能量。
研究人員在大規模生產該材料方面也取得了進展，這是商業應用的重要一步。“我們大約 15 年前發現了 CAU-10-H，自那以來，其潛在應用已在全球範圍內進行研究，”斯托克表示，他已經研究 MOFs 超過 20 年。在研究人員卡勒·梅爾廷的帶領下，團隊將生產量提高到約 66 磅（30 千克），是之前實驗室批量的約 60 倍。他們還進行了一項技術經濟分析，顯示該材料的生產成本約為每千克 12 至 US$14 (約 HK$109)。
“這使我們的材料的實際應用變得觸手可及，”斯托克補充道。“我們已經證明它們不僅能在實驗室中運作，還能在經濟上可行的規模上生產。”這些發現發表在《材料化學 A 刊》和《工業與工程化學研究》的兩項最新研究中。